46387

ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

Курсовая

Логистика и транспорт

Эффективные показатели двигателя Основные параметры цилиндра и двигателя. Тепловой баланс двигателя.Построение теоретических характеристик двигателя

Русский

2013-11-21

993 KB

6 чел.

PAGE  40

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный агроинженерный университет

имени В.П.Горячкина

Курсовая работа:

ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

Выполнил :

студент

Принял:

 

Москва 2006 год

Содержание

                 стр.

Введение………………………………………………………………… 3

Исходные данные………………………………………………………. 3

1. Тепловой расчёт …………………………………………………….. 4

  1.1. Топливо…………………………………………………………… 4

  1.2. Параметры рабочего тела……………………………………….. 4

  1.3. Параметры остаточных газов…………………………………… 4

  1.4. Процесс впуска………………………………………………….. 5

  1.5. Процесс сжатия………………………………………………….. 6                                                                                     

  1.6. Процесс сгорания……………………………………………….. 7

  1.7. Процессы расширения и выпуска………………………………. 8

  1.8. Индикаторные параметры рабочего цикла ……………………. 9

  1.9. Эффективные показатели двигателя …………………………… 9

  1.10. Основные параметры цилиндра и двигателя…………………. 10

  1.11. Построение индикаторной диаграммы……………………….. 11

  1.12. Тепловой баланс двигателя……………………………………. 13

2.Построение теоретических характеристик двигателя……………… 15

3.Кинематический расчет………………………………………………. 16

4. Динамический расчёт………………………………………………… 17

  4.1. Силы давления газов……………………………………………… 17

  4.2. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма…. 17

  4.3. Удельные и полные силы инерции………………………………. 17

  4.4. Удельные суммарные силы ……………………………………… 18

  4.5. Крутящие моменты……………………………………………….. 20

  4.6.  Расчет маховика………………………………………………….. 20                                                                             

5. Работа двигателя с использованием частичных режимов…………. 21

  5.1.Исходные данные…………………………………………………. 21

  5.2.Расчет частичных режимов……………………………………….. 21

6. Расчёт системы питания двигателя…………………………………… 24

  6.1.Определение регулировочных параметров топливной системы

  дизеля…………………………………………………………………… 24

7. Проверка системы пуска……………………………………………… 28

   7.1.Определение мощности пускового устройства………………… 28

Заключение………………………………………………………………. 29

Список использованной литературы…………………………………… 29

Приложение……………………………………………………………… 30

Введение

Целью выполнения курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных в лекционном курсе “Основы теории и расчета автотракторных двигателей”, приобретение умений и навыков по анализу рабочих процессов в цилиндрах, системах и механизмах двигателя, влияние на них и на показатели двигателя в целом эксплуатационных факторов.

Исходные данные

Двигатель дизельный, рядный, четырёхтактный, без наддува.

Эффективная номинальная мощность Nе = 30 кВт

Номинальная частота вращения коленчатого вала nн = 1800 об/мин.

Камеры сгорания – неразделенные.

Коэффициент избытка воздуха - =1,4.

Система охлаждения жидкостного закрытого типа.

Степень сжатия ε = 17.

Параметры заряда впуска:- давление окружающей среды  - р0 = 0,1 МПа;

- температура окружающей среды – Т0 = 293 К ( +20С)

1. Тепловой расчёт

1.1. Топливо

 В соответствии с ГОСТ 305-82 принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях – марки Л; для работы в зимних условиях – марки З). Цетановое число – не менее 45.

Средний элементарный состав дизельного топлива

С=0,87; Н=0,126; О = 0,04.

Низшая теплота сгорания топлива

Ни=33,91*С + 125,6*Н – 10,89*(О-S)-2,51*(9*Н + W) =

= 33,91*0,87 + 125,.6*0,126 – 2,51*9*0,126 = 42440 кДж/кг.

1.2. Параметры рабочего тела.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

L0 = 1/0,208*(С/12 + Н/4 - О/32) = 1/0,208*(0,87/12+0,126/4-0,04/32) =

= 0,5 кмоль возд/кг топл ;

l0 = 1/0,23*(8/3*C + 8*H - O) = 1/0,23*(8/3*0,87+8*0,126 – 0,04) =

=14,45 кг возд/кг топл

Количество свежего заряда

М1=α*L0 =1,4*0,5 = 0,7 кмоль св.зар./кг топл.

Количество отдельных компонентов продуктов

=С/12 = 0,87/12 = 0,0725 кмоль СО2/кг топл;

= Н/2 =0,126/2 = 0,063 кмоль Н2О/кг топл

=0,202*(-1)*L0=0,202*(1,4 - 1) * 0,5 = 0,0416 кмоль О2/кг топл;

МN2= 0,792*α*L0=0,792*1,4*0,5 = 0,554 кмоль N2/кг топл;

Общее количество продуктов сгорания:

М2 = =

= 0,0725 + 0,063 + 0,0416 + 0,5544 = 0,7315 кмоль пр.сг/кг топл

1.3. Параметры остаточных газов

 Температура остаточных газов Тr зависит от ряда факторов. В частности, при увеличении степени сжатия температура Тr  снижается, а при увеличении частоты вращения возрастает.

При работе на номинальном режиме величина Тr  для дизеля изменяется в пределах 600…900 К. Примем Тr = 7530 К.

Давление остаточных газов pr определяется давлением среды, в которую происходит выпуск отработавших газов, зависит от числа и расположения клапанов, сопротивлений выпускного тракта, фаз газораспределения, частоты вращения, нагрузки других факторов.

В двигателях без наддува pr= (1,05…1,25)*p0

Примем рr = 1,05*0,1= 0,105 МПа.

1.4. Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда. Даже без специального устройства для подогрева может достигать 1520С. Принимаем  ΔТ=20С .

Плотность заряда на впуске

где

RB = 287 -удельная газовая постоянная для воздуха.

 Потери давления на впуске в двигателе за счет сопротивления впускного канала определим по формуле

В соответствии со скоростными режимами (nN = 1800 об/мин) и при качественной обработке внутренних поверхностей впускных систем можно принять:

2вп)=2,7 и ωвп= 70 м/с.

- коэффициент затухания скорости движения заряда;

вп – коэффициент сопротивления впускной системы.

ωвп = 50130 м/с – средняя скорость движения заряда.

Давление в конце впуска:

ра0-Δра= 0,1-0,008 = 0,092 МПа

Коэффициент остаточных газов. Характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Температура в конце впуска:

Та=(Т0+ΔТ+γrr)/(1+γr)=(293+20+0,03*750)/(1+0,03) = 326 К.

Коэффициент наполнения представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр в процессе впуска, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объёме цилиндра при условии, что температура и давление в нём равны температуре и давлению среды на впуске. Повышению ηv способствует уменьшение гидравлических сопротивлений системы впуска, повышение давления pa в конце впуска, уменьшение количества остаточных газов и их давление, снижение температуры подогрева рабочей смеси. Величина ηv для четырёхтактных дизельных двигателей может быть определена по формуле

1.5. Процесс сжатия

При работе двигателя на номинальном режиме средний показатели адиабаты и политропы сжатия можно принять примерно равными

Определяем по номограмме [1] рис.4.4.  n1  k1 = 1,37

Давление в конце сжатия:

=0,092*171,37= 4,462 МПа,

Температура в конце сжатия:    

Тса* εn1-1 = 326 * 171,37-1 = 930К.

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия:

а)воздуха =20,6+2,638*10-3*tc =

= 20,6 + 2,638*10-3 *657 = 22,33 кДж/(кмоль*град)

где tcс-2730С = 930 –273 = 657С

б) остаточных газов (mcv)t0tc – определяется методом интерполяции по табл.3.9

= 24,168 кДж/(кмоль*град)

в) рабочей смеси

 

=1/(1 + 0,03)*(22,33 + 0,03*24,168) = 22,386 кДж/(кмоль*град)

1.6. Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси

0 = М12 = 0,7315/0,7 = 1,045

Коэффициентом молекулярного изменения рабочей смеси 

μ = (μ0+ γr)/(1+ γr) = (1,045+0,03)/(1+0,03)=1,044

Теплота сгорания рабочей смеси

Нраб.сми/(М1(1+γr))= 42440/(0,7*(1+0,03)) = 58860 кДж/кмоль раб.см.

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания

Средние мольные теплоемкости отдельных газов определяются по эмпирическим формулам, приведённым в табл.3.7. для интервала температур от 1501 до 2800 0С:

Коэффициент использования теплоты  зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива.

Принимаем z= 0,82.

Степень повышения давления:

λ= pz/ pс= 2

Температура в конце видимого процесса сгорания

=

=0,82*58860+(22,459+8,315*2)*657+2270*(2-1,044) =

= 1,044*(32,475+0,00191*tz

Или

0,00199*tz2 + 33,904*tz – 76069

Тz= tz+273 = 2007+273=2280К.

Максимальное давление сгорания:

pz= pс * = 2* 4,462 = 8,92 МПа

Степень предварительного расширения

1.7.  Процессы расширения и выпуска

Степень последующего расширения

= / = 17/1,28 = 13,28

Средние показатели адиабаты и политропы расширения k2, n2 определяются по номограмме 4.9 при = 13,28 и Тz = 2280К:

k2 =1,2728; n2 = 1,26.

Давление и температура в конце процесса расширения

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

    допустимо

где Δ – погрешность расчёта.

 

1.8. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление 

рiи* рi= 0,95*1,011 = 0,96 МПа.

φи = 0,95 – коэффициент полноты диаграммы.

Индикаторный КПД  

ηii*l0*α/(Hи*ρ0v) = 0,96*14,45* 1,4/(42,44*1,189*0,854)= 0,45

Индикаторный удельный расход топлива

qi=3600/(ηi*Hи) = 3600/(42,44*0,45)= 189 г/(кВт*ч)

1.9. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь

pм= а + b*nH = 0,092 + 1,01* 1800 = 0,274 МПа

nH = 1800 об/мин;   a = 0,092;   b = 1,01*10-4  по [2].

Среднее эффективное давление и механический КПД

pe= рi- pм = 0,96 – 0,274 = 0,686 МПа

ηм = pe/ рi = 0,686/0,96 = 0,714

Эффективный  КПД и эффективный удельный расход топлива

ηе= ηiм = 0,45*0,714=0,321  

qе=3600/(ηе*Hи) =3600/(0,321*42,44) = 264 г/(кВт*ч)

1.10. Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж двигателя:

= 4 –тактность двигателя.

Рабочий объём одного цилиндра:

Vh=Vл/i =2,91/3 = 0,972 л

i = 3 – число цилиндров

Диаметр цилиндра.

Принимаем S/D = 1

S – ход поршня;

D – диаметр поршня.

Окончательно принимаем D = 110 мм и S = 110 мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S:

Площадь поршня Fп=π*D2/4 = *1102/4 = 9498 мм2 = 94,98 см2;

Литраж двигателя Vл=π*D2*S*i /(4*106) = *1102*110*3/(4*106) = 3,134 л;

Эффективная номинальная мощность двигателя

Ne= pe*Vл*n/(30*τ) = 0,686*3,134*1800/(30*4) = 32,2 кВт;

Удельная литровая мощность двигателя

Nл=Ne/Vл=32,2/3,134=10,27 кВт/л;

Эффективный крутящий момент

Мe=3*104*Ne/(π*n) = 3*104*32,2/(= 170,9 Н.м;

Часовой расход топлива Gт=ge*Ne = 32,2*0,264 = 8,5 кг/ч.

Удельная поршневая мощность

Nп = Ne/(i*Fп) = 32,2/(3*94,98*10-2) = 11,3 кВт/дм2

Сводим данные расчета в таблицу 1.1.

Основные параметры цилиндра и двигателя    Таблица 1.1

Давление газов, МПа

ра

0,092

рс

4,462

рz

8,92

pb

0,343

Температура газов. К

Та

326

Тс

930

Тz

2280

Тb

1164

Среднее индикаторное давление, МПа

рi

0,96

К.П.Д.

i

0,45

e

0,321

м

0,714

Среднее эффективное давление, МПа

ре

0,686

Удельный эффективный расход топлива г/(кВт*ч)

ge

264

Основные размеры двигателя

D, мм

110

S,мм

110

Vh, дм3

1,045

1.11. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма дизеля построена для номинального режима работы двигателя аналитическим методом, т.е. при Nе = 32,2 кВт и nН = 1800 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Мs=1 мм в мм; масштаб давления Мр=0.05 МПа в мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объёму цилиндра и объёму камеры сгорания:

АВ=S/Ms= 110/1= 110 мм; ОА=АВ/(ε-1)= 110/(17-1)= 6,87 мм.

Ординаты характерных точек:

Pz/Mp=8,92/0,05=178,4 мм.

z'z = ОА*(-1) = 6,87*(1,28-1) = 1,9 мм

Pа/Mp=0,092/0,05 = 1,8 мм;

Pс/Mp=4,462/0,05= 89,2 мм;

Pb/Mp= 0,343/0,05 = 6,9 мм;

Pr/Mp=0,105/0,05 = 2,1 мм ;

P0/Mp=0,1/0,05 = 2 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия

Отсюда  

где ОВ = ОА + АВ = 6,87 + 110 = 116,9 мм;

б) политропа расширения

Отсюда  

Расчеты сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2.

точек

OX, мм

Политропа сжатия

Политропа расширения

рxр, мм

рx, МПа

рxр, мм

рx, МПа

1

10

11,69

29

52,3

2,6

22,15

152,9

7,64

2

30

3,897

6,4

11,6

0,58

5,55

38,3

1,9

3

50

2,34

3,2

5,8

0,29

2,92

20,1

1,0

4

80

1,46

1,7

3,0

0,15

1,61

11,1

0,55

Определим фазы газораспределения

Впуск – начало (точка r1) за 25 до в.м.т..

Впуск – окончание (точка а") - 60 после в.м.т..

Выпуск – начало (точка b') - 60 до н.м.т..

Выпуск – окончание (точка а') - 25 после в.м.т..

Угол опережения впрыска (точка с') - 20.

Продолжительность периода задержки воспламенения (точка f) - 1 = 8.

Определим положение точек по формуле для определения преемещения поршня

= 0,27 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Расчеты сводим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3.

Обозначение точек

Положение точек

φ0

Расстояние точек от в.м.т.(АX),мм

r'

250 до в.м.т.

25

6,71

a"

600 после н.м.т.

120

88

b'

600 дон.м.т.

120

88

a'

250 после в.м.т.

25

6,71

c'

200 до в.м.т.

20

4,2

f

200 –8 = 12 до в.м.т

12

2,1

Положение точки с"

рс" = (1,151,25)*pc = 1,15*4,46 = 5,1 МПа

рс" / Mp = 5,1 / 0,05 = 102,6 мм

1.12. Тепловой баланс двигателя

Общее количество теплоты, введенной в двигатель:

Q0 = Ни*Gт/3,6= 42440*8,5/3,6 = 100205 Дж/с;

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

Qе=1000*Ne=1000*32,2=32200 Дж/с

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

Qв=c*i*D1+2m*nm*(1/ α) = 0,48*3*111+2*0,65*18000,65*(1/1,4) = 33371 Дж/с

где

с = (0,450,53) – коэффициент пропорциональности;

i = 3 – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

m = (0,60,7) – показатель степени;

n = 1800 об/мин – частота вращения коленчатого вала.

Теплота, унесённая с отработавшими газами:

где

табл.3.9.

при =1,4 и tr = Tr –273 = 784 –273 = 511C

где

табл. 3.6. (воздух) при t0 = T0 – 273 = 293 – 273 = 20C

Неучтённые потери теплоты:

Qост=Qо-( Qе+ Qr + Qв ) = 100205-(32200 + 27185 + 33371) = 7449 Дж/с

Расчеты сводим в таблицу 1.4.

Таблица 1.4.

Составляющая теплового баланса

Q, Дж/с

q, %

Теплота эквивалентная эффективной работе

32200

32,1

Теплота, передаваемая охлаждающей среде

33371

33,3

Теплота, унесенная с отработавшими газами

27185

27,2

Неучтенные потери теплоты

7449

7,4

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом

100205

100

2.Построение теоретических характеристик двигателя

Для построения внешней скоростной характеристики двигателя принимаем:

nmin = 800 об/мин – минимальная частота вращения коленчатого вала;

nн = 1800 об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала;

nmax = 1,1*nН = 1,1*1800 = 1980 об/мин = 2000 об/мин – максимальная частота вращения коленчатого вала.

Расчет эффективной мощности ведем по формуле

 Ne = 32,2 кВт

Удельный эффективный расход топлива определим по формуле

 geH = 264 г/(кВт*ч)

Часовой расход топлива  Gт = geH * Ne *10-3 кг/ч

Эффективный крутящий момент  Me = 9550*Nex /nx

Расчеты сводим в таблицу 2.1.

Расчет внешней характеристики двигателя   Таблица 2.1.

Частота вращения коленчатого

вала, n, об/мин

700

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Эффективная мощность

двигателя, Ne, кВт

14,5

16,8

21,3

25,3

28,6

31,0

32,2

31,9

Удельный эффективный
расход топлива,
ge, г/(кВт*ч)

290

279

263

253

250

254

264

280

Часовой расход топлива, Gт, кг/ч

4,2

4,7

5,6

6,4

7,2

7,9

8,5

8,9

Крутящий эффективный

момент, Ме, Н*м

197,9

200,7

203,2

201,4

195,4

185,2

170,8

152,2

3.Кинематический расчет

Радиус кривошипа  R = S/2 = 110/2 = 55 мм

Принимаем = R/Lш =0,27

Длина шатуна Lш = R/0,27 = 55/0,27 = 204 мм

Перемещение поршня определим по формуле

Скорость поршня определим по формуле

= *nH/30 = *1800/30 = 188,4 рад/с

Ускорение поршня

jп = 2*R*[cos + *cos(2*)] = 1952,2*[cos+0,27*cos(2*)]

Расчеты сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Угол поворота
кривошипа от В.М.Т.,    

 , град.

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

Перемещение поршня,

Sп, мм

0

9

33

62

88

104

110

104

88

62

33

9

0

Скорость поршня,

п, м/с

0,0

6,4

10,2

10,4

7,8

4,0

0,0

-4,0

-7,8

-10,4

-10,2

-6,4

0,0

Ускорение поршня,

jп, м/с2

2479

1954

713

-527

-1240

-1427

-1425

-1427

-1240

-527

713

1954

2479

4. Динамический расчёт

4.1. Сила давления газов

Избыточное давление газов на поршень определим по формуле

рг = рг – р0

Аналитически строим развернутую индикаторную диаграмму по углу кривошипа (рис.4.1). Расчет в таблице 4.1.

4.2. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

По табл.8.1. [1] с учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения pz устанавливаются:

- масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято m'п=260 кг/м2)

mп=m'п*F п=260*94,98*10-4 = 2,47 кг;

-масса шатуна (для стального кованого шатуна принято m'ш= 300кг/м2)

mш=m'ш*F п=300*94,98*10-4 = 2,85 кг;

-масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (m'к=320 кг/м2)

mк=m'к*F п=320*94,98*10-4 = 3 кг.

-масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

mш.п=0,275*mш=0,275*2,85=0,783 кг.

-масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

mш.к=0,725*mш=0,725*2,85 = 2,07 кг.

-массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

mj= mп+ mш.п= 2,47 + 0,783 = 3,25 кг.

-массы, совершающие вращательное движение:

mR= mк+ mш.к= 3 + 2,07 = 5,07 кг

4.3 Удельные и полные силы инерции

Удельные силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

pj=-j*mj/Fп=-j*3,25*10-6/94,98*10-4 =-j*0,000342 МПа.

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

KRш=-mш.к*R*ω2=- 2,07*0,055*188,42*10-3=- 4,04 кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

KRк=-mк*R*ω2=- 3*0,055*188,42*10-3= - 5,86 кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс

КR = KRш + KRк = -4,04 - 5,86 = -9,9 кН

4.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

р = Δрг + рj, МПа

Удельная нормальная сила  рN = р*tgβ, МПа

Значения tgβ определяют для λ=0,285 по табл.8.2.

Удельная сила, действующая вдоль шатуна:  ps=p*(1/cosβ), МПа

Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:

pk=p*cos(φ+β)/cosβ, МПа

Удельная и полная тангенциальные силы:

pT = p*sin(φ+β)/cosβ, МПа     Т = рТ*Fп= рТ*94,98*10-1, кН

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.1. По результатам расчета строим диаграммы (Рис.4.1. 4.3)

             


Динамический расчет сил              Таблица 4.1.

, град

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

370

390

420

450

480

510

540

570

600

630

660

690

720

рг, МПа

0,105

0,103

0,1

0,092

0,092

0,092

0,092

0,092

0,092

0,165

0,35

1,425

4,462

8,92

4,1

0,685

0,45

0,375

0,225

0,105

0,105

0,105

0,105

0,105

0,105

0,105

рг, МПа

0,005

0,003

0,000

-0,008

-0,008

-0,008

-0,008

-0,008

-0,008

0,065

0,250

1,325

4,362

8,820

4,000

0,585

0,350

0,275

0,125

0,005

0,005

0,005

0,005

0,005

0,005

0,005

jп , м/с2

2479

1954

713

-527

-1240

-1427

-1425

-1427

-1240

-527

713

1954

2479

2424

1954

713

-527

-1240

-1427

-1425

-1427

-1240

-527

713

1954

2479

рj, МПа

-0,85

-0,67

-0,24

0,18

0,42

0,49

0,49

0,49

0,42

0,18

-0,24

-0,67

-0,85

-0,83

-0,67

-0,24

0,18

0,42

0,49

0,49

0,49

0,42

0,18

-0,24

-0,67

-0,85

р, МПа

-0,84

-0,67

-0,24

0,17

0,42

0,48

0,48

0,48

0,42

0,25

0,01

0,66

3,51

7,99

3,33

0,34

0,53

0,70

0,61

0,49

0,49

0,43

0,19

-0,24

-0,66

-0,84

tg

0,00

0,14

0,25

0,30

0,25

0,14

0,00

-0,14

-0,25

-0,30

-0,25

-0,14

0,00

0,05

0,14

0,25

0,30

0,25

0,14

0,00

-0,14

-0,25

-0,30

-0,25

-0,14

0,00

(рад)

0,000

0,143

0,248

0,287

0,248

0,143

0,000

-0,143

-0,248

-0,287

-0,248

-0,143

0,000

0,050

0,143

0,248

0,287

0,248

0,143

0,000

-0,143

-0,248

-0,287

-0,248

-0,143

0,000

рN, МПа

0,00

-0,10

-0,06

0,05

0,11

0,07

0,00

-0,07

-0,11

-0,07

0,00

-0,09

0,00

0,40

0,48

0,09

0,16

0,18

0,09

0,00

-0,07

-0,11

-0,05

0,06

0,10

0,00

рS, МПа

-0,84

-0,67

-0,25

0,18

0,43

0,49

0,48

0,49

0,43

0,26

0,01

0,66

3,51

8,00

3,37

0,35

0,55

0,72

0,62

0,49

0,50

0,44

0,19

-0,25

-0,67

-0,84

рк, МПа

-0,84

-0,53

-0,07

-0,05

-0,30

-0,45

-0,48

-0,45

-0,30

-0,07

0,00

0,52

3,51

7,82

2,65

0,10

-0,16

-0,50

-0,58

-0,49

-0,46

-0,31

-0,05

-0,07

-0,53

-0,84

рт, МПа

0,00

-0,42

-0,24

0,17

0,31

0,18

0,00

-0,18

-0,31

-0,25

-0,01

-0,41

0,00

1,71

2,08

0,34

0,53

0,52

0,23

0,00

-0,19

-0,32

-0,19

0,24

0,41

0,00

Т, кН

0,0

-3,9

-2,3

1,6

2,9

1,7

0,0

-1,7

-2,9

-2,3

-0,1

-3,9

0,0

16,3

19,8

3,2

5,0

4,9

2,2

0,0

-1,8

-3,0

-1,8

2,3

3,9

0,0

Мкр.ц., Н*м

0

-217

-126

90

161

94

0

-94

-161

-128

-3

-214

0

895

1087

177

277

270

120

0

-97

-166

-97

124

216

0

 

4.5. Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра определим по формуле

Мкр.ц=Т*R=T*0,055*103 Н.м.

Результат расчета в таблице 4.1

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

θ = 720/i = 720/ 3 = 2400.

Суммирование значений крутящего моментов всех трех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом через каждые 300 угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая Мкр 

Расчет сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2.

 

, град

0

30

60

90

120

150

180

210

240

1 цилиндр

кривошипа, град

0

30

60

90

120

150

180

210

240

Мкр.ц., Н*м

0

-217

-126

90

161

94

0

-94

-161

2 цилиндр

кривошипа, град

240

270

300

330

360

390

420

450

480

Мкр.ц., Н*м

-161

-128

-3

-214

0

1087

177

277

270

3 цилиндр

кривошипа, град

480

510

540

570

600

630

660

690

720

Мкр.ц., Н*м

270

120

0

-97

-166

-97

124

216

0

 

Мкр., Н*м

109

-225

-129

-221

-5

1084

301

399

109

Средний крутящий момент двигателя:

- по данным теплового расчёта Мкр.ср= Me/ηм=170,8/0,714 = 239 Н*м;

- по площади, заключенной под кривой Мкр:

Мкр.ср=(F1-F2)/OAм=(5975-1250)/230*11,5=236 Н.м

ошибка Δ=(239-236)/239*100% =1,3%

Максимальный и минимальный крутящие моменты

Мкр.max=10840 H.м;  Мкр.min=-225 Н.м.

4.6.Расчет маховика

Определим момент инерции маховика из заданной степени неравномерности вращения коленчатого вала двигателя.

Избыточная работа крутящего момента рассчитывается по формуле

Lизб = Fизб * ММ * М = 2600 *11,5*0,0182 = 544 Дж

где Fизб – площадь над прямой среднего крутящего момента на

кривой Ме=f()$

M =4*/(i*OA) = 4*/(3*230)=0,0182

Момент инерции движущихся масс двигателя с маховиком определим по формуле

I = Lизб* (*2) = 544/(0,008*188,42) = 1,9 кг*м2

= 0,008 – коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала.

Момент инерции маховика для тракторного двигателя составляет 7590% от момента инерции двигателя. Тогда момент инерции маховика равен

IM = 0,45*I = 0,45*1,9 = 0,85 кг*м2

Масса маховика mМ =

Dм =0,4 м – диаметр маховика.

5.Работа двигателя с использованием частичных режимов

5.1.Исходные данные

Трактор – Т-16.

Масса – 1400 кг

Радиус ведущих шин – 0,4 м.

Общее передаточное число трансмиссии:

i1 = 67,82; i1 = 56,25; i1 = 48,16; i1 = 39,97; i1 = 19,65; i1 = 13,7;

Ограничение скорости движения – Vогр = 5 км/ч.

Коэффициент загрузки – Кз = Ne/NeH = 0,48

5.2.Расчет частичных режимов двигателя

Определим скорость движения при номинальном режиме

Расчеты сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

iтр

67,82

56,25

48,16

39,97

19,65

13,7

, м/с

1,1

1,34

1,56

1,88

3,8

5,5

, км/ч

4

4,8

5,6

6,8

13,8

19,8

Построим регуляторные ветви характеристик  двигателя. Максимальная частота вращения холостого хода рассчитывается по формуле

р =0,08 – степень неравномерности регулятора.

Строим регуляторную характеристику (рис.5.1.).

Регуляторные ветви Ме и Ne изменяются линейно от номинальных значений до нуля при nxmax. Регуляторная ветвь GТ изменяется от номинального значения до GТx = 0,25*GТН при nxmax. Регуляторная ветвь ge

изменяется от номинального значения до при nxmax. Промежуточные точки определяем по формуле

ge = GТ/Ne

По регуляторной характеристике определяем для первой передачи

n1 = 1880 об/мин; Ne1 = КЗ*NeH = 0,48*32,2 = 15,4 кВт; Ме1 = 90 Н*м;

GT1 = 5,3 кг/ч;   ge1 = 344 г/(кВт*ч)

Перейдем последовательно в режим работы на высших передачах с учетом ограничения скорости.

2 передача

Крутящий момент определим по формуле

Мкр2 = Мкр1*i1/i2 = 90*67,82/56,25 = 108 Н*М

Откладываем момент на графике(рис.5.1.) и получаем точку А2. Угол наклона регуляторной ветви оставляем таким же как и прежде.

n2 = 1840 об/мин; Ne2 = 19 кВт; GT1 = 6 кг/ч;   ge1 = 316 г/(кВт*ч)

3 передача

Мкр3 = Мкр1*i1/i3 = 90*67,82/48,16 = 127 Н*М

Откладываем момент на графике(рис.5.1.) и получаем точку А3. Угол наклона регуляторной ветви оставляем таким же как и прежде.

n3 = 1670 об/мин; Ne3 = 21?5 кВт; GT1 = 6?2 кг/ч;   ge1 = 288 г/(кВт*ч)

4 передача

Мкр4 = Мкр1*i1/i4 = 90*67,82/39,97 = 153 Н*М

Откладываем момент на графике(рис.5.1.) и получаем точку А4. Угол наклона регуляторной ветви оставляем таким же как и прежде.

n2 = 1490 об/мин; Ne2 = 23 кВт; GT1 = 6?3 кг/ч;   ge1 = 274 г/(кВт*ч)

Сводим расчеты в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

Передача

n, об/мин

Ne, кВт

Me, Н*м

GT, кг/ч

ge, г/(кВт*ч)

1-я

1880

15,4

90

5,3

344

2-я

1840

19

108

6

316

3-я

1670

21,5

127

6,2

288

4-я

1490

23

153

6,3

274

Вывод. При заданном характере регулирования прямого выигрыша в расходе топлива при работе на повышенных передачах нет. Но если сравнивать скорость движения на 2-й передаче и 1-й передаче, то разница в скорости  = 0,75 км/ч или на 18% скорость на второй передаче больше, чем на 1-й. Значит скорость обработки поля возрастает на 18%.

Часовой расход топлива при этом на 1-й скорости ниже всего лишь на

GT = (6-5,3)/5,3*100% = 13%. Выигрыш = 18%-13% = 5%. Т.е. на единицу обработанной площади при 2-й передаче топлива затрачивается на 5% меньше, значит выгоднее работать на 2-й скорости.

6.Расчет системы питания двигателя

6.1.Определение регулировочных параметров топливной системы дизеля

6.1.1.Выбор модели топливного насоса

Номинальная цикловая подача

Номинальная объемная цикловая подача

где Т = 0,842 г/см2 – плотность топлива.

Цикловая подача при работе с корректором (зона Меmax, n = 1100 об/мин)

gT кор. = 1,25*gТН = 1,25*0,052 = 0,065 г/цикл

VТ кор. = gT кор. *103/Т = 0,065 *103/0,842 = 77 мм3/цикл

Цикловая подача при работе с обаготитетелем во время пуска двигателя (n = 800 об/мин)

gT об. = 1,8*gТН = 1,8*0,052 = 0,093 г/цикл

VТ кор. = gT об. *103/Т = 0,093 *103/0,842 = 111 мм3/цикл

Диаметр плунжера

где hр = 2 мм – активный рабочий ход плунжера

Кп = 0,7 – коэффициент запаса

Выбираем топливный насос НД-22

Диаметр плунжера – dп = 9 мм.

Ход плунжера – Sп = 8 мм

Подача за 1000 циклов – 47…95 см3

Строим регуляторную характеристику насоса (рис.6.1.).

6.1.2.Определение времени впрыскивания топлива через форсунку

По приложению 3 подбираем форсунку СТ2.

Число отверстий распыла – 3

Диаметр сопла – 0,3 мм.

Давление начала впрыскивания – рф = 17,5 МПа.

Определим суммарную площадь сечения сопловых отверстий форсунки

z = 3 – число сопловых отверстий.

Время впрыскивания топлива через форсунку

= 0,65…0,85 – коэффициент расхода жидкости через форсунку.

Т – скорость истечения топлива через сопловые отверстия м/с.

рф ср = 17,5 МПа – давление в форсунке.

рг ср = (ря + рс)/2 = (8,92 + 4,462) /2 = 6,7 МПа

Т = 842 кг/м3 – плотность топлива.

Угол поворота коленчатого вала, в течение которого происходит впрыск топлива, определим по формуле

 = 6*n*tвпр = 6*1800*2,3*10-3 = 24,5

6.1.3. Определение угла начала подачи топлива насосом

Постоим графики перемещения и скорости движения плунжера насоса. В топливном насосе применяем кулачок тангенциального профиля.

Принимаем: r0 = 16 мм; r1 = 10 мм;  r2 = 6 мм;  H = 20.

Строим профиль кулачка (рис.6.2.).

hmax = 8 мм – ход плунжера.

По рис. 6.3. определим рабочие углы поворота кулачка

1max = 30;   2max = 26,3;   

Строим перемещение и скорость по формулам:

На участке 1 = 0…1max

перемещение

скорость

На участке 2 = 2max…0

перемещение

скорость

где

а = r0 + hmaxr2 = 16 + 8 – 6 = 18 мм

а1 = а / (r1 + r2) = 18 / (10+6) = 1,125

Угловая скорость кулачка   к = 2*Н = 2*188 = 376 рад/с

Расчеты сводим в таблицу 6.1.

Расчет кулачка           Таблица 6.1.

Участок

1

2

Угол поворота кулачка, град

0

5

10

15

20

25

30

26,3

25

20

15

10

5

0

Перемещение, мм

0,0

0,1

0,4

0,9

1,7

2,7

4,0

4,0

4,4

5,7

6,7

7,4

7,8

8,0

Скорость, м/с

0,0

0,9

1,8

2,7

3,8

5,0

6,5

6,5

6,2

5,0

3,7

2,5

1,3

0,0

Строим графики перемещения и скорости плунжера насоса (рис.6.3.).

Определим угол начала нагнетания топлива плунжерной парой. Скорость движения плунжера в конце подачи должна быть максимальной, поэтому угол конца подачи определяется точкой В.  Активный рабочий ход плунжера определим по формуле

Откладываем от точки D величину hпр.

Угол кп – угол конца нагнетания кп = н + 2max = 20 +26,3 = 46,3

Угол начала нагнетания нп = кп + пр = 46,3 + 4,5 = 50,9

6.1.4. Определение установочного угла опережения подачи топлива

Установочный угол опережения начала подачи топлива

у нп = + тп + ф = 10 + 4,1 + 4 = 18

где

= 8…15 = 10 - угол опережения впрыскивания;

тп – угол поворота коленчатого вала, соответствующий времени движения волны давления топлива по топливопроводу.

тп = 6*n*tтп = 6*1800*3,8*10-4 = 4,1

где  tтп – время движения волны давления по топливопроводу.

tтп = lтп / вд = 0,5 / 1300 = 3,8*10-4 с

lтп = 0,5 м – длина трубопровода;

вд = 1200…1400 м/с – скорость движения волны давления в топливе.

ф = (3…5) – угол поворота коленчатого вала из-за инерционности форсунки.

7. Проверка системы пуска

7.1.Определение мощности пускового устройства

Расчётный средний момент сопротивления проворачиванию коленчатого вала двигателя:

Мср=8,58*Vh*(0,1 + 0,033*nп/100)*ν0,41 =

= 8,58*3,134*(0,1+0,033*200/100)*5000,41 = 57 Н.м

где

nп = 200 об/мин – пусковая частота вращения вала двигателя;

Vh = 3,134 л – литраж двигателя;

= 500 с*Ст – вязкость масла при 0С

Требуемая мощность пусковой устройства:

Nп = Мср*nп/(9950*η) = 57*200/(9950*0,85) = 1,4 кВт

где η = 0,85 - механический КПД стартера.

Исходя из расчетов выбираем модель стартера – СТ-222.

Nст = 2,2 кВт; Мст = 15 Н*м при nст = 1400 об/мин.

Максимальная частота вращения вала стартера nx ст = 4800 об/мин

Строим характеристику крутящего момента стартера (рис.7.1.).

Перестроим характеристику стартера в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и определи зоны запуска двигателя.

При номинальной частоте вращения стартера частота вращения двигателя рассчитывается по формуле

nд н = nст н / iп = 1400/15 = 93,3 об/мин

где iп = 15 – передаточное число передачи.

Крутящий движущий момент на валу двигателя

Мдн = Мст н * iп * = 15 * 15*0,85 = 191 Н*м

При холостой частоте вращения вала стартера

nд х = nст х / iп = 4800/15 = 320 об/мин

Крутящий движущий момент на валу двигателя Мдх = 0.

Перестроенная характеристика стартера показана на рис.7.2.

Заключение

В результате проведенной работы выполнены тепловой кинематический и динамический расчеты дизельного двигателя в соотвествии с заданием. Полученный график крутящего момента говорит о высокой неравномерности вращения коленчатого вала. это обусловлено количеством цилиндров – три. При таком количестве цилиндров сложно добиться равномерности вращения коленчатого вала двигателя. Получены размеры поршневой группы, рассчитан маховик двигателя. рассчитана внешняя и регулировочная характеристики двигателя. Проверена работа двигателя на частичных режимах работы. Показано. что в ряде случаев выгоднее работать на повышенных предачах. Проведены расчеты системы питания и выбран стартер пусковой  системы.

Список использованной литературы

1. А.И.Колчин, В.П.Демидов «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» Высшая школа Москва 2003

2. А.В.Богатырев, А.Н.Корабельников «Тракторы и автомобили», Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы, Ч.1 Двигатели, МГАУ Москва 2000

ПРИЛОЖЕНИЕ


Рис.3.2. График скорости поршня от угла поворота кривошипа

Рис.3.3. График изменения ускорения поршня от угла поворота кривошипа

рг

рj

p

pк

рт

рN

pS

EMBED Excel.Chart.8 \s

EMBED Excel.Chart.8 \s

Рис.4.1. График изменения удельных сил рг, рj, p от угла поворота кривошипа

EMBED Excel.Chart.8 \s

Рис.4.2. График изменения удельных сил рк, pт от угла поворота кривошипа

Рис.4.3. График изменения удельных сил рN, pS от угла поворота кривошипа

EMBED Excel.Chart.8 \s

EMBED Excel.Chart.8 \s

EMBED Excel.Chart.8 \s

Рис.4.4. График изменения крутящего момента одного цилиндра по углу поворота кривошипа

EMBED Excel.Chart.8 \s

Рис.4.5. График изменения крутящего момента двигателя за период изменения

EMBED Excel.Chart.8 \s

Рис. 1.1.График перемещения поршня от угла поворота кривошипа


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14915. «АЛАШ» ҚОЗҒАЛЫСЫ ЖӘНЕ НАРМАНБЕТ ОРМАНБЕТҰЛЫ 49.5 KB
  АЛАШ ҚОЗҒАЛЫСЫ ЖӘНЕ НАРМАНБЕТ ОРМАНБЕТҰЛЫ Қоғамдық өмірге белсене араласқан Н.Орманбетұлы Ресей империясының отаршылдық саясатына қарсы халықтық үн көтерілген 1905 жылғы Қоянды жәрмеңкесіндегі атақты Қарқаралы петициясына қатысушылардың бірі болды. Патша өкімет...
14916. АЛАШ МҰРАТЫ – ОТАНДЫҚ БІЛІМ МЕН ҒЫЛЫМДЫ НЕГІЗДЕУШІ КҮШ 73 KB
  АЛАШ МҰРАТЫ – ОТАНДЫҚ БІЛІМ МЕН ҒЫЛЫМДЫ НЕГІЗДЕУШІ КҮШ Алаш тарихы – жаңаруға ұмтылған тарихи сабақтастықты үзбеген білім мен елшілдікті басым бағыт еткен ұлттық серпілудің тарихы. Сондықтан біз Алашты ауызға алған сайын осыдан 90 жыл бұрынғы саяси қозғалыс пен күре
14917. АЛАШ ТАҒЫЛЫМЫ ЖӘНЕ ҚАЗІРГІ ҚАЗАҚ РУХАНИЯТЫ 45 KB
  АЛАШ ТАҒЫЛЫМЫ ЖӘНЕ ҚАЗІРГІ ҚАЗАҚ РУХАНИЯТЫ Ұлт тарихы тек қана саяси әлеуметтік қоғамдық оқиғалардан ғана емес сонымен қатар ұрпақтар жалғастығынан өміршең дәстүрлерден құралатыны да белгілі. Сол игі дәстүрлерден тағылым ала отырып мемлекет әлеумет жеке адам к
14918. АЛАШ ТҰЛҒАЛАРЫНЫҢ КӨЗҚАРАСЫНДАҒЫ ҮНДЕСТІК 46.5 KB
  АЛАШ ТҰЛҒАЛАРЫНЫҢ КӨЗҚАРАСЫНДАҒЫ ҮНДЕСТІК XIX ғасырдың екінші жартысынан басталған қазақ ішіндегі күрестартыстардың басында болған қайраткерлер халқын орыс езгісінен азат етуді көздеді. Олар елін отарлаудан құтқарып ашық түрде күреске бастады. Олардың алға қойға
14919. АЛАШОРДА ҮКІМЕТІ ЖӘНЕ МЕМЛЕКЕТТІК ТІЛ САЯСАТЫ 59.5 KB
  АЛАШОРДА ҮКІМЕТІ ЖӘНЕ МЕМЛЕКЕТТІК ТІЛ САЯСАТЫ Елбасы Н.Назарбаев Қазақстанның болашағы – бүгінгі жастар. Сіздер оларға қалай білім берсеңіздер Қазақстан сол деңгейде болады деп атап көрсеткен [1]. Тәуелсіз ел тірегі – білімді ұрпақ десек дәуірдің күн тәртібінде т...
14920. АЛАШТЫҢ АСТАНАСЫ ЖӘНЕ ҰЛТТЫҚ ИДЕЯ 64 KB
  АЛАШТЫҢ АстанаСЫ және ұлттық идея ХV ғасыр ортасында шаңырақ көтерген Қазақ мемлекетінің күні бүгінге дейін сабақтастығы мен жалғастығы үзілмеген төл тарихы әлденеше Астананы аспандатқаны ұлттық санамызда бабаларымыздан жеткен рухани мұрада өшпес із қалдырды. Бас
14921. «АЛАШТЫҢ» ЖОЛЫ 104 KB
  АЛАШТЫҢ ЖОЛЫ Қазақтың сан ғасырлық тарихының ең жарқын беттерін жазған Алаш қозғалысы – тарихисаяси айрықша құбылыс ретінде ұлтымыздың мәденирухани даму жолын жаңа арнаға бұрғаны сөзсіз. Өйткені ол қазақ баласының саясат мәдениет сатысына көтерілгендігін айға...
14922. БАТЫСТАҒЫ ҚАЗАҚТЫҢ ҰЛТШЫЛ КӨСЕМДЕРІ ЖӘНЕ БАТЫСТЫҚ ЕЛДЕРДЕ АТҚАРҒАН ҚЫЗМЕТТЕРІ 53.5 KB
  БАТЫСТАҒЫ ҚАЗАҚТЫҢ ҰЛТШЫЛ КӨСЕМДЕРІ ЖӘНЕ БАТЫСТЫҚ ЕЛДЕРДЕ АТҚАРҒАН ҚЫЗМЕТТЕРІ Түркияның Салихлы қалашығына келіп орналасқан бір топ қазақ негізінен Шығыс Түркістанның Тәңір Таулары етегіндегі Ерентау бөктерлері мен Алтай және Баркөл аймақтарынан келген қ
14923. БІРТҰТАС АЛАШ ИДЕЯСЫ ЖӘНЕ ШЫҒЫС ТҮРКІСТАН ҰЛТ-АЗАТТЫҚ ҚОЗҒАЛЫСЫ 48.5 KB
  БІРТҰТАС АЛАШ ИДЕЯСЫ ЖӘНЕ ШЫҒЫС ТҮРКІСТАН ҰЛТАЗАТТЫҚ ҚОЗҒАЛЫСЫ Дүние тарихы төңкеріліп түскен ХХ ғасырда империялық және ұлттық мүдделердің қақтығысы – әлем жағырафиясынан бастап ұлттар мен ұлыстардың жеке адамдардың тағдырына түбегейлі өзгерістер әкелді. Тү