Побудова графіка сил

Значення сил, діючих у КШМ одного циліндра двигуна, як і динаміку навантаження деталей КШМ, зручно аналізувати за графіком сил протягом робочого циклу по куту оберту кривошипа. Для цього попередню розраховують значення відповідних сил через 30⁰ за представленими формулами і зводять у таблицю 2.

Таблиця 2 – Значення тиску газів у циліндрі і сил, діючих у КШМ двигуна при роботі на режимі номінальної потужності

Такт	, ^0п.к.в.	р, МПа	РГ , Н	Функція А	РJ, Н	РСУМ,Н
Впуск р=ра		0,15 0,10 0.09 0,09 0,09 0,09	-86 -89 -86 -86	1,280 1,006 0,360 - 0,280 - 0,640 - 0,726	- 7385 - 5804 - 2077	- 6952 - 5804 - 2163
Стиск		0,09 0,10 0,15 0,20 0,40 0,62 0,88 1,20 1,75 2,30 4,56	-86	- 0,720 - 0,726 - 0,640 - 0,280 0,360 0,594 0,815 1,006 1,154 1,248 1,280	- 2077 - 3427 - 4702 - 5804 - 6658 - 7200 - 7385
Розширення		6,84 6,84 6,84 3,50 1,82 0,95 0,58 0,48		1,280 1,248 1,154 1,006 0,360 - 0,280 - 0,640 - 0,726	- 7385 - 7200 - 6658 - 5804 - 2077
Продовження таблиці 2
Випуск p=рr		0,42 0,41 0,40 0,34 0,25 0,19 0,15		- 0,720 - 0,726 - 0,640 - 0,280 0,360 1,006 1,280	- 2077 - 5804 - 7385	- 779 - 5025 - 6952

На основі табличних даних будують залежності сил Р_Г, Р_J і Р_СУМ від кута оберту кривошипа , як показано на рисунку 3.

У висновку проводять аналіз закономірності змінності сил, визначаються кути , відповідаючи максимальним значенням сил і максимальним значенням самих сил, які діють у КШМ заданого двигуна.

Виконуємо аналіз побудованої діаграми сил (рис. 3), діючих у КШМ двигуна Д-21А, взятого для прикладу у теорії розрахунку ДВЗ. Максимальна сила тиску газів дорівнює Р_{Г макс} = 58335 Н діюча у період обертання колінчастого вала з 360…380⁰ п.к.в. в кінці процесу згорання, точки z^І…z індикаторної діаграми. Максимальна сила інерції поступально–рухомих мас дорівнює Р_{J макс} = 7385 Н діє у 0; 360; 720⁰ п.к.в., тобто,в кінці випуску відпрацьованих газів попереднього робочого циклу двигуна, точка r, в кінці процесу згорання, точка z^І і в кінці випуску відпрацьованих газів дійсного робочого циклу, точка r.

Сили інерції виникають від зворотно-поступального руху мас поршневої групи і обертальних мас колінчастого вала. Ці сили інерції викликають вібрацію двигуна у плоскості осі циліндра і плоскості кривошипа. У багатоциліндрових двигунах сили інерції створюють моменти, які також викликають вібрацію двигуна. Для зниження вібрації у КШМ у більшості двигунів встановлюють

механізми урівноваження сил інерції першого і другого порядку, відцентрових сил, а також моментів цих сил. Урівноважені механізми конструктивно виконують у віці проти важелів, установлених на колінчастий вал чи на допоміжні вали.

Р, кН

Z^I

Z

70

60

C

50

40

20

10

r

r

0

	a		b

- 10

Рисунок 3 – Діаграма сил, діючих у КШМ двигуна Д-21А в ході циклу при режимі номінальної потужності:

1 cила тиску газів Р_Г

2 сила інерції поступально–рухомих мас Р_J

3 сумарна сила Р_СУМ

Найдемо величину бокової сили, яка притискує поршень до стінки циліндра при дії максимальній сумарні силі, яка діє на поршень від 360 до 380⁰ обертанню колінчастого вала, що відповідає значенню . Для цього розглянемо трикутники діючих сил (рисунок 2) і методом розрахунків тригонометричних функцій найшли, що . Величина бокової сили буде дорівнювати

,

яка у 10,4 раза менше сумарної сили діючої на поршень.

Сила, направлена по осі шатуна, дорівнює .

Радіальна сила, яка навантажує шатунні і корінні шийки колінчастого вала, дорівнює .

Тангенціальну силу, направлену по дотичні до радіуса кривошипа, визначаємо:

.

Крутний момент одного циліндра двигуна визначається із рівняння:

.

Сила інерції мас, які обертаються навантажуючи корені підшипники, дорівнює:

,

де m_C – умовна маса, яка обертається навантажуючи корінні підшипники, кг;

для рядних двигунів ;

де m_K - неурівноважена маса кривошипа, , приймаємо середнє значення, тоді:

.

Одержані у результаті розрахунку сили і моменти, діючі на деталі КШМ двигуна Д-21А, представляють конструкторам ДВЗ вихідні дані для розробки конструкції КШМ і розрахунку деталей на стійкість.

5 ПОБУДОВА І АНАЛІЗ ШВИДКІСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГУНА

Зовнішня швидкісна характеристика двигуна служить основою для тяглового розрахунку трактора. Вона дозволяє провести аналіз і дати оцінку потужнім, динамічних і експлуатаційних показників двигуна.

Швидкісна характеристика двигуна будується на міліметровому папері формату А4, зразок якої представлено на рисунку 4.

На осі абсцис відмічаються характерні частоти обертання колінчастого вала:

n_н = 1800 хв^-1 номінальна частота обертання;

- частота обертання при максимальному крутному моменту,

, для прикладу приймаємо середнє значення;

- максимальна частота обертання колінчастого вала при холостому ході,

де - ступінь нерівномірності регулятора. У сучасних автотракторних двигунах , для прикладу приймаємо середнє значення.

На регуляторній ділянці характеристики визначають два проміжних значення частоти обертання в інтервалі від n_xx до n_н, на коректорній ділянці намічаються два значення частоти обертання в інтервалі від n_н до n_м і одне значення лівіше n_м, яке вписується в таблицю 3 “Параметри зовнішньої швидкісної характеристики двигуна Д-21А при роботі з регулятором ”.

Потім розраховують крутний момент двигуна, що працює на режимі номінальної потужності:

,

максимальний крутний момент

,

де - коефіцієнт запасу крутного моменту, %, для приклада .

На аркуші міліметрового паперу формату А4 будують три точки: ; і , попередньо побудувавши шкалу моменту і шкалу частоти обертання, як показано на рисунку 4. На регуляторні ділянці побудовані точки з’єднують прямою лінією, а на коректорній – випуклою кривою.

Визначати за графіком (рис. 4) і вписати в таблицю 3 проміжні значення кривої крутного моменту.

Побудова кривої питомої витрати палива g_e починають з витрати палива на режимі номінальної потужності, визначеного у результаті розрахунку показників двигуна (розділ 3 цієї курсової роботи), для прикладу, що розраховувається .

Питома ефективна витрата палива при максимальному крутному моменту () на 8…12% більше, ніж на режимі номінальної потужності, для прикладу приймаємо витрату палива більше на 10%, тоді: - .

Враховуючи викладене, будують точки g_e.н i g_e.м і з’єднують із ввігнутою кривою. Значення проміжних точок вписують в таблицю 3 і розраховують годинну витрату палива G_ПАЛ для коректурної ділянки характеристики.

Годинна витрата палива G_{ПАЛ. Х.Х.} при роботі двигуна без навантаження з максимальною частотою обертання колінчастого вала не перевищує звичайно 25…30% витрати палива на режимі номінальної потужності G_{ПАЛ. Н} і змінюється на регуляторній ділянці лінійному закону, для прикладу приймаємо G_{ПАЛ. Х.Х.} = 0,3 G_ПАЛ = 1,7 кг/год. Побудувавши лінію витрати палива, вписують у таблицю 4 відповідне значення G_ПАЛ для регуляторної ділянки характеристики, розраховують і будують остаточно криву g_e.

За розрахунковими g_e для двох точок будуємо криву питомої витрати палива, це представлено на рисунку 4, потім вже за графіком визначаємо g_e для прийнятих частот обертання колінчастого вала двигуна і заносимо в таблицю 3.

Для побудови кривої G_ПАЛ необхідно визначити її точки при заданих обертах колінчастого вала, значення яких знаходимо за формулою , однак для розрахунку їх необхідно знати значення потужності при цих заданих обертах.

Таблиця 3 – Параметри зовнішньої швидкісної характеристики двигуна Д-21А при роботі з регулятором

Параметри і розмірність	Частота обертання, хв^-1
n1	nм,	n2	n3	nн	n4	n5	nxx
Ne ,кВт	12,6	17,6	17,7	20,2	22,7
МК, Нм		132,4			120,4
ge, г/кВт-год
GПАЛ, кг/год	3,6	4,8	4,7	5,1	5,67			1,7

Точки для побудови кривої потужності розраховуємо за формулою , де дані М_К беремо із таблиці 3. За розрахунковими значеннями, занесеним в таблицю 3, будуємо криву N_e при частоті обертання колінчастого вала від 1000 до 1800 хв^-1, а далі точку при частоті обертання 1800 до 1926 хв^-1 з’єднуємо прямою лінією з точкою при частоті обертання 1926 хв^-1. Потім значення точок перехрестя прямої N_e з лініями ординат, проведеними через і на осі абсцис, і заносимо в таблицю 3.

Далі розраховуємо точки для побудови кривої G_ПАЛ і заносимо полічені дані в таблиці 4 і за ними будуємо цю криву при частоті обертання колінчастого вала 1000..1800 хв^-1, далі з’єднуємо прямою лінією значення G_ПАЛ.Н і G_ПАЛ.ХХ. Потім будуємо значення точок перехрестя лінії G_ПАЛ з лініями ординат, проведеними через і на осі абсцис визначаємо і заносимо в таблицю 4.

На регуляторній ділянці швидкісної характеристики криву g_e будуємо за розрахунковими даними, врахованими із формули , в яку значення G_ПАЛ і N_e беремо із таблиці 4.

У висновку проводять аналіз швидкісної характеристики, у якому відмічається характер і причини зміни основних показників роботи двигуна, дається оцінка у зрівнянням з прототипом.

Далі розраховуємо точки для побудови кривої G_ПАЛ і заносимо полічені дані в таблиці 4 і за ними будуємо цю криву при частоті обертання колінчастого вала 1000..1800 хв^-1, далі з’єднуємо прямою лінією значення G_ПАЛ.Н і G_ПАЛ.ХХ. Потім будуємо значення точок перехрестя лінії G_ПАЛ з лініями ординат, проведеними через і на осі абсцис визначаємо і заносимо в таблицю 3.

На регуляторній ділянці швидкісної характеристики криву g_e будуємо за розрахунковими даними, врахованими із формули , в яку значення G_ПАЛ і N_e беремо із таблиці 3.

У висновку проводять аналіз швидкісної характеристики, у якому відмічається характер і причини зміни основних показників роботи двигуна, дається оцінка у зрівнянням з прототипом.

ВИСНОВКИ І ПРОПОЗИЦІЇ

1. За даними стислої характеристики двигуна Д-21А-1 [2] установлено:

- номінальна потужність дорівнює N_Н = 18 кВт проти розрахованої ефективної потужності N_e = 22,745 кВт, різниця складає 26 %, з найбільшою правдоподібністю можна сказати, що побудову індикаторної діаграми було виконано не зовсім точно;

- питома витрата палива дорівнює g = 258 г/кВт-год проти розрахованої ефективної питомої витрати палива g_e = 249,135 г/кВт-год, різниця складає всього 3,5 %, що не перевищує допустимої помилки

розрахунку прийнятої за 5%.

2. У результаті аналізу виконаної роботу можна сказати: точний розрахунок питомої витрати палива, як головного показника в теоретичному розрахунку двигуна, дозволяє продовжити динамічний розрахунок двигуна.

3. Одержані у результаті розрахунку сили і моменти, діючі на деталі КШМ двигуна Д-21А, представляють конструкторам ДВЗ вихідні дані для розробки конструкції КШМ і розрахунку деталей на стійкість.

4. Побудована зовнішня швидкісна характеристика двигуна Д-21А за характером розташування кривих N_e; G_ПАЛ; М_е; g_e в залежності від частоти обертання колінчастого вала має ідентичну подібність з зовнішніми швидкісними характеристиками дизеля, які надані на рисунку 4.51 в підручнику [3] Це дозволяє зробити висновок, що теоретичний розрахунок двигуна Д-21А виконано правильно.

Дата добавления: 2014-10-23