Параметры конца расширения

Температура и давление в конце сгорания

Тип двигателя	РZ, МПа	ТZ, К
Карбюраторный	3,5...7,0	2400...2900	3,2...4,2
Дизельный	5,0...12,0	1800...2300	1,2...2,5
Газовый	3,0...5,0	2200...2500	3,0...5,0

8. Процесс расширения

8.1. Карбюраторный двигатель.

Давление в конце расширения Мпа и температура в конце расширения, к , где

N₂- показатель политропы расширения.

8.2. Дизельный двигатель

8.2.1. Степень последующего расширения

8.2.2. Давление в конце расширения, Мпа

8.2.3. Температура в конце расширения, К

Возможно параметры конца расширения приведены в таблице 6.

Таблица 6

Показатели	Карбюраторный двигатель	Газовый двигатель	Дизельный двигатель
Показатель политропы расширения	1,23...1,30	1,25...1,35	1,18...1,28
Давление, МПа	0,35...0,6	0,3...0,5	0,20...0,50
Температура, К	1200...1700	1200...1700	1000...1200

Показатель политропы расширения для высокооборотных двигателей принимается ближе к нижнему пределу. Более точные значения "n₂" можно найти по специальной номограмме

9. Показатели рабочего цикла и основные размеры двигателя

9.1. Среднее индикаторное давление, Мпа.

9.1.1. Карбюраторный двигатель

9.1.2. Дизельный двигатель

Значения - коэффициента полноты диаграммы – принимаются равными:

для карбюраторных двигателей............ 0,94...0,97

для дизелей............................. 0,92...0,95

Значения среднего индикаторного давления при работе на номинальном режиме приведены в таблице 7.

9.2. Среднее эффективное давление, Мпа

Р_м – среднее давление механических потерь.

Механические потери можно определить приближенно по эмпирическим формулам в зависимости от средней скорости поршня (принимается по прототипу)

где n – об/мин; S – ход поршня

для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением

Р_м = 0,049 + 0,0152

Для карбюраторных восьмицилиндровых двигателей с отношением

Р_м = 0,039+ 0,0132

Для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением

Р_м = 0,034+ 0,0113

Для четырехтактных дизелей с неразделенными камерами

Р_м = 0,089+ 0,0118

Для предкамерных дизелей

Р_м = 0,103+ 0,0153

Для дизелей с вихревыми камерами

Р_м = 0,089+ 0,0135

9.3. Механический К.П.Д.

9.4. Индикаторный К.П.Д.

; кг/м³

9.5. Эффективный К.П.Д.

9.6. Удельный индикаторный расход топлива, г/м. кВт.ч.

9.7. Удельный эффективный расход топлива, г/э.кВт.ч.

или

9.8. Часовой расход топлива, кг/час.

Примерные значения индикаторных и эффективных показателей некоторых двигателей на номинальном режиме приведены в таблице 7.

9.9. рабочий объем цилиндра, дм³

, где

- тактоность; для 4-х тактных двигателей =4, для двухтактных - =2.

Р_е – среднее эффективное давление, МПа.

N_ен – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт.

n_н – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности, об/мин.

i- число цилиндров.

9.10. Диаметр цилиндра, дм

Таблица 7

Индикаторные и эффективные показатели двигателей

	Рi, МПа		Ре, МПа			gе г/кВт ч
4-х-тактные карбюраторы	0,6...1,4	0,7...0,9	0,6...1,1	0,26...0,35	0,25...0,33	250...325
4-х-тактные карбюраторные форсированные	До 1,6	-	До 1,3	-	-	-
4-х-тактные дизели без наддува	0,7...1.1	0,7...0,82	0,55...0,85	0,38...0,50	0,35...0,40	225...280
4-х-тактные дизели с наддувом	До 2.2	-	До 2,0	-	-	-
2-х-тактные быстроходные дизели	-	0,7...0,85	0,4...0,75	-	-	-
Газовые двигатели	-	0,75...0,85	0,5...0.75	-	0,.23...0,30	12...17

- отношение хода поршня к диаметру цилиндра принимается по прототипу. Для тракторных двигателей К = 0,9...1,2, для автомобильных карбюраторных К = 0,7...1,1.

Полученное значение диаметра цилиндра желательно округлить до ближайшего размера реально существующего двигателя.

9.11. Ход поршня, дм.

Построение графиков по тепловому и динамическому расчету двигателя

1. Индикаторная диаграмма в VР координатах

Индикаторная диаграмма строится на основании данных, полученных в тепловом расчете в координатах VР, а затем перестраивается в координаты .

До построения диаграммы масштаб подбирается так, чтобы высота была в 1,2...1.5 раза больше ширины. На оси абсцисс в принятом масштабе откладывают объемы

(дизельный двигатель)

По оси ординат откладывают давления Р_с; Р_а; Р₀; Р_z;

Р_z; Р_в и Р_z для соответствующего объемов.

Действительная индикаторная диаграмма отличается от теоретической округленностью в точках а; в; с; z`; z, причем для карбюраторных двигателей максимальное давление сгорания составляет 0,85 Р_z.

Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методом. При аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения вычисляется ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между V_c и V_а и между V_z и V_в по уравнению политропы

Для политропы сжатия , откуда

где Р_х и V_х – давление и объем в искомой точке процесса сжатия. Отношение V_a/V_x изменяется в пределах от 1 до

Аналогично для политропы расширения

Для карбюраторных двигателей отношение V_в/V_x изменяется в интервале 1... , а для дизелей – 1...

Соединяя точки "а" и "с" плавной кривой, проходящей через вычисленные и нанесенные на поле диаграммы точки политропы сжатия, а точки "z" и "в" – кривой, проходящей через точки политропы расширения, а также остальные точки между собой получим индикаторную диаграмму

При графическом методе диаграммы сжатия и расширения строятся по способу Брауэра.

2. Индикаторная диаграмма в координатах " ".

Индикаторная диаграмма в координатах "VР" может быть перестроена в " " методом Брикса. Для этого на отрезке " " строится полуокружность с центром 0, из которого через 30⁰ проводят лучи до пересечения с полуокружностью. Затем из центра 0₁, отстоящем от центра 0 на расстоянии , проводят лучи 0₁ 1`; 0<sub>1</sub> 2` и т.д. до пересечения с той же полуокружностью. Из точек 1`; 2`; 3` и т.д. восстанавливают перпендикуляр до линии впуска, сжатия, расширения и выпуска на индикаторной диаграмме. Отрезки от оси абсцисс до кривых индикаторной диаграмме. Отрезки от оси абсцисс до кривых индикаторной диаграммы последовательно для всех процессов цикла и есть давление в цилиндре для соответствующих углов поворота коленчатого вала двигателя. Полученные значения давлений переносятся на график , где по оси абсцисс отложен угол поворота коленчатого вала в определенном масштабе. Масштаб давлений оставляют тот же, что и на графике .

Величина - носит название поправки Брикса и учитывает конечную величину шатуна. Здесь r = S/2 – радиус кривошипа и - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Для современных двигателей

3.диаграммы перемещения, скорости и ускорения поршня

все эти графики взаимосвязаны и строятся на одном рисунке. Перемещение поршня определяется выражением

и может быть построена графически по методу проф. Ф.А. Брикса проектированием на вертикаль радиуса-вектора, имеющего полюсом точку "0₁" сдвинутую относительно центра "0" окружности кривошипа на в сторону Н.М.Т. Чаще всего перемещение поршня определяют путем вычисления по вышеприведенной формуле для различных углов , причем значения в квадратных скобках для каждого угла для от 0,24 до 0,31 приводятся в литературе (4). Скорость движения поршня определяется выражением

Значения множителя, заключенного в скобки в зависимости от Х и с целью облегчения расчетов также приводятся в литературе (4). Для построения диаграммы скоростей на диаграмме перемещений из данного угла проводится линия, параллельная оси "Х" до пересечения с кривой перемещений и из полученной точки восстанавливается перпендикуляр на ось "Х", от которой затем откладываются значения скорости составляет приблизительно 1,625 V_ср и соответствует 74...77⁰ поворота коленчатого вала от ВМТ

средняя скорость поршня в м/с.

Кривая ускорения поршня строится там же где и скорость. Для построения находят максимальное ускорение

, минимальное ускорение и значение

На отрезке АВ = S в определенном масштабе в точках "А" и "В" откладываются (в масштабе ускорений) отрезки АС = j_max и ВD= j_min; точки "С" и "D" соединяются прямой. В точке пересечения "Е" перпендикулярно АВ вниз откладывается отрезок ; точка "F" соединяется с точками "С" и "D". Отрезки СF и FD делятся на произвольное, но равное число отрезков. Точки 1,2,3 и т.д. соединяются с одноименными точками 1;2;3 прямыми. Кривая касательная к прямым 1-1; 2-2 и т.д. и есть кривая j=f(x)

3. Диаграмма сил инерции

Силы инерции прямолинейно возвратно - движущихся частей шатунно-поршневой группы определяются по формуле

Для графического построения сил инерции Р_j =f() необходимо найти массы возвратно - движущихся частей.

m_n – масса поршневого комплекта;

m_шп – часть массы шатуна: условно отнесенная к массе совершающей возвратно-поступательное движение

, где m_ш – масса шатуна.

Для приближенного определения значений m_ш, m_n можно использовать конструктивные массы (кг/м² или г/см²), приведенные в таблице 8.

Таблица 8

Конструктивные массы деталей шатунно-поршневой группы в кг/м²

Двигатели	Материал поршня	mn^`	mш^`
карбюраторные	Легкий сплав	100...150	120...200
	чугун	120...250	120...200
дизели	Легкий сплав	200...300	250...340
	чугун	250...350	250...400

Силы давления газов. Изображенные на индикаторной диаграмме Р=f(V) отнесены к единице площади поршня, поэтому и силы инерции также должны быть той же размерности (МПа). Р_j – можно определить аналитически по формуле МПа для различных углов поворота коленчатого вала двигателя (например через 15⁰ п.к.в.) или графически. Силы инерции первого порядка Р_j1 и второго порядка Р_j2 (отнесенные к площади поршня) строятся проектированием конца радиуса-вектора на вертикаль. Радиусом для построения сил инерции первого порядка является , а второго порядка МПа. Масштаб для сил инерции принимается тот же, что и при построении индикаторной диаграммы.

Диаграмма сил инерции строится под индикаторной диаграммой, развернутой по углу поворота коленчатого вала. Для этого проводим из общего центра 0 две полуокружности радиусами R₁ и R₂ и лучи через 15⁰. Вертикальные проекции отрезков лучей, пересекающих первую окружность (R₁), дают в принятом масштабе значения сил Р_j1 при соответствующих углах поворота коленчатого вала, а проекции отрезков тех же лучей, пересекающих вторую окружность (R₂), значения сил при углах поворота коленчатого вала соответственно вдвое меньших. Далее проводим через центр "0" горизонтальную линию и откладываем на ней как на оси абсцисс, значения углов поворота коленчатого вала за рабочий цикл (от 0⁰ до 360⁰ – двухтактный и от 0⁰ до 720⁰ п.к. четырехтактный двигатель).

По точкам пересечения указанных выше проекций с ординатами, проходящих через соответствующие значения углов на оси абсцисс, строим кривые Р_j1 и Р_j2.

Суммарная кривая относительных сил инерции находится сложением двух гармоник . Следует помнить, что изменение силы инерции второго порядка происходит вдвое быстрее, а абсолютное значение в " " раз меньше, чем силы инерции первого порядка.

5.Суммарные силы действующие на поршень

Для построения суммарной силы

Суммарные силы инерции () переносятся на развернутую по углу поворота индикаторную диаграмму и складываются с силами давления газов (Р_r). При этом следует учитывать, что силы инерции в конце такта сжатия (ВМТ) направлены в противоположную сторону силами давления газов.

6.Диаграмма тангенциальных сил и суммарного крутящего момента

Сила Р, действующая вдоль оси цилиндра может быть разложена на две составляющие:

Нормальную силу , перпендикулярную оси цилиндра, и силу , действующую вдоль оси шатуна.

Силу S можно перенести по линии ее действия в центр шатунной шейки кривошипа и разложить на две составляющие:

Силу , направленную по радиусу кривошипа, и силу , направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа. Сила Т, называемая тангенциальной, на плече "r" дает крутящий момент

Радиус кривошипа величина постоянная, поэтому крутящий момент для одного цилиндра изменяется тангенциальной силы Т

Для определения тангенциальной силы строится схема кривошипного механизма в произвольном масштабе, но с учетом выбранного отношения r/L. От центра кривошипа по направлению радиуса кривошипа откладывается отрезок "ОС", равный суммарной силе "Р" для данного угла поворота коленчатого вала " " в принятом масштабе сил.

Через точку "С" конца отрезка проводят линию, параллельную оси шатуна, которая отсекает на диаметре, перпендикулярном оси цилиндров отрезок ОD, равный силе "Т".

При положительном значении силы "Р" она откладывается на положительном направлении радиуса от центра кривошипа к шатуну. При отрицательном значении силы "Р" она откладывается от центра кривошипа в противоположную сторону на продолжении радиуса, независимо от положения кривошипа. Значение силы "Т" определяют через каждые 15⁰ поворота коленчатого вала. Все значения силы "Т" выше горизонтального диаметра положительные, а ниже – отрицательные.

Кривая одновременно есть кривая изменения крутящего момента для одного цилиндра в масштабе моментов, который определяется по выражению: , где

- масштаб моментов

- масштаб давления

r- радиус кривошипа

F_п – площадь поршня

Кривую суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя строят путем графического суммирования кривых крутящих моментов отдельных цилиндров, сдвигая одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками в отдельных цилиндрах. Для четырехтактных двигателей с равными интервалами между рабочими ходами , где i – число цилиндров двигателя (для двухтактных двигателей ).

На суммарной диаграмме четырехтактного двухцилиндрового двигателя наносятся две диаграммы, сдвинутые одна относительно другой на 180⁰, если порядок цилиндров 1-2-0-0 или на 540 при порядке работ 1-0-0-2.

Для проверки правильности графических построений необходимо найти среднее значение суммарного крутящего момента, для чего находится средняя ордината " " путем деления избыточной площадки под кривой моментов на длину абсциссы под ней

где - суммарная площадка всех участков диаграммы, расположенных над осью абсцисс,

- суммарная отрицательная площадка; при числе цилиндров 6 и более отрицательная площадка под осью абсцисс может отсутствовать,

- длина диаграммы под суммарной кривой М_к в мм.

Тогда текущий момент ; - здесь механический к.п.д. двигателя. Крутящий момент двигателя на номинальном режиме определяется по выражению:

; Нм

Расхождения в значениях крутящего момента не должны превышать 5%.

В заключение необходимо дать описание принятых систем газораспределения, смазки, охлаждения и произвести их расчет. В расчете системы смазки определить необходимую подачу масла в л/час, найти основные размеры масляного насоса, указать марку применяемого масла и емкость системы смазки.

В расчете системы охлаждения найти площадь радиатора в случае водяного охлаждения или площадь оребрения для воздушного охлаждения.

Для системы газоопределения указать форму кулачков распред-вала, привод клапанов и их расположение. А также привести диаграмму фаз газораспределения.

Оценить мощностно-экономические показатели спроектированного двигателя по сравнению с существующими.

1. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА

В процессе тягового расчета определяют основные конструктивные параметры трактора, которые обеспечивают ему необходимые тяговые свойства в реальных условиях эксплуатации. Трактор рассчитывается на выполнение работ, соответствующих его тяговому классу, характеризуемому номинальной силой тяги на крюке , которую он должен развивать на стерне нормальной влажности (W = 15....18%) и средней плотности (чернозем или суглинок) при допустимом буксовании. В зависимости от конструкции ходового аппарата буксование трактора не должно превышать:

колесные тракторы 4 2 _доп 0,18;

колесные тракторы 4 4 _доп 0,16;

гусеничные тракторы _доп 0,05;

Максимальное значение тягового КПД трактора должно достигать:

Колесные тракторы 4 2 _тяг=0,60...0,64;

Колесные тракторы 4 4 _тяг=0,65...0,66;

Гусеничные тракторы _тяг=0,70... 0,74.

Исходные данные для тягового расчета трактора:

1. Тип трактора.

2. Движитель

а) тип;

б) колесная формула.

3. Номинальная сила тяги из крюка, Р ^н_кр кН.

4. Действительная скорость движения тракторного агрегата при номинальной силе тяги, V_gH м/с.

5. Число основных передач, m.

6. Максимальная скорость движения тракторного агрегата при работе на транспорте, V_{g тр} м/с.

7. Коэффициент эксплуатационной загрузки двигателя, X.

2.1.3. Расчет и построение теоретической регуляторной характеристики двигателя.

Характеристика двигателя, оборудованного всережимным регулятором, снятая в функции частоты вращения коленчатого вала, называется скоростной характеристикой с регуляторной ветвью. Она используется для анализа работы двигателя на режимах перегрузки. Для оценки показателей работы двигателя на регуляторной ветви удобна характеристика, построенная в функции мощности. Регуляторная характеристика, построенная в функции крутящего момента применяется при изучении тяговых качеств трактора.

Исходные данные для расчета:

- номинальная мощность двигателя, N_{ен кВт};

- частота вращения при номинальной мощности, n_н, об/мин;

- удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, g_ен г/кВт ч

1. задаемся рядом значений частоты вращения коленчатого вала двигателя (см. табл. 2).

Максимальное значение частоты вращения на холостом ходу двигателя определяется

n_x (1+ _р)n_н об/мин,

где _р = 0,06...0,08 – степень неравномерности регулятора;

n₁, n₂- промежуточные значения частоты вращения.

Для расчета безрегуляторной ветви характеристики следует задаваться относительными значениями частоты вращения

К_n= ;

Где К_n= 1,0 – двигатель оборудованный регулятором;

К_n= 1,2 – двигатель без регулятора.

2. Расчет и построение зависимости N_e=f(n).

На регуляторном участке характеристики мощность двигателя растет прямопропорционально от N_e=0 при n= n_х до N_e= N_eн при n= n_н. Значения мощности при частотах вращения n₁, n₂ определяются графически. На безрегуляторной ветви мощность рассчитывается по эмпирической формуле:

N_e= N_eнк_n[2+ в(к_n-1)- к_n²] кВт,

Где в – коэффициент

в= 1,13 – дизель с непосредственным впрыском топлива;

в= 1,30 – вихрекамерный дизель.

3. Расчет и построение зависимости M_e = f(n).

Дата добавления: 2015-07-13