Загрузить архив: | |
Файл: ref-20725.zip (175kb [zip], Скачиваний: 158) скачать |
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра
“Тракторы и автомобили”
Пояснительная записка
к курсовой работе по тракторам и автомобилям.
Раздел 1 “Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего сгорания”
Выполнил: студент И-IV-8
Кухарь А.А.
Принял: доцент
Мусин Р.Б.
Кинель 2002 г.
Реферат. PAGEREF _Toc26780085 h 3
Введение. PAGEREF _Toc26780086 h 4
1. Расчет рабочего цикла двигателя. PAGEREF _Toc26780087 h 6
1.1. Выбор исходных параметров для теплового расчета. PAGEREF _Toc26780088 h 6
1.2. Процесс впуска. PAGEREF _Toc26780089 h 6
1.3. Процесс сжатия. PAGEREF _Toc26780090 h 6
1.4. Процесс сгорания. PAGEREF _Toc26780091 h 7
1.5. Процесс расширения. PAGEREF _Toc26780092 h 8
1.6. Определение среднего индикаторного давления. PAGEREF _Toc26780093 h 9
1.8. Построение индикаторной диаграммы.. PAGEREF _Toc26780095 h 12
2. Динамический расчет двигателя. PAGEREF _Toc26780096 h 14
2.1. Определение силы давления газов. PAGEREF _Toc26780097 h 14
2.2. Определение сил инерции. PAGEREF _Toc26780098 h 15
2.3. Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала. PAGEREF _Toc26780099 h 15
2.4. Построение диаграммы тангенциальных сил. PAGEREF _Toc26780100 h 16
3. Расчет и построение регуляторной характеристики тракторного дизеля. PAGEREF _Toc26780101 h 19
4. Заключение. PAGEREF _Toc26780103 h 21
5. Список использованной литературы.. PAGEREF _Toc26780104 h 22
Приложения. PAGEREF _Toc26780105 h 23
Одним из важных этапов выполнения первого раздела курсовой работы является выбор параметров для теплового расчета. Правильный выбор этих параметров позволит получить высокие мощностные и экономические показатели, отвечающие современному уровню развития двигателестроения.
Учитывая исходные данные, принимаем:
Коэффициент избытка воздуха
Коэффициент наполнения
Степень повышения давления
В двигателях без наддува воздух в цилиндры поступает из атмосферы, и при расчете рабочего цикла давление окружающей среды принимается равным
Давление остаточных газов:
Принимаем
Давление в конце впуска:
Выбираем значение
Температура в конце впуска:
В двигателях без наддува
Расчет давления и температуры в конце сжатия проводят по уравнениям политропического процесса:
где
Находим температуру и давление в конце сжатия:
Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива определяется по его элементарному составу.
Для жидких топлив соответственно в [кг воздуха/кг топлива] и[киломоль воздуха/кг топлива]:
где: 0,23 и 0,21 – соответственно значения массового и объемного содержания кислорода в 1 кг воздуха;
– соответственно массовые доли углерода, водорода и кислорода, содержащихся в топливе. Из [1] (приложение 3) определяем средние значения этих величин:
Действительное количество воздуха, поступившее в цилиндр:
где
Количество остаточных газов в цилиндре двигателя равно:
где
Число киломолей продуктов сгорания 1 кг жидкого топлива в [кмоль/кг]:
Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси характеризует изменение объема газов при сгорании и равен:
Давление в конце сгорания определяется по формуле:
где
Температура в конце сгорания определяется из уравнения сгорания:
(1.4.1.)
где:
Средняя молекулярная теплоемкость для свежего заряда:
Средняя молекулярная теплоемкость для продуктов сгорания:
Подставляем все известные данные в (1.4.1.) и приводим его к квадратному уравнению:
Из этого уравнения определяем значение температуры
Значения давления и температуры газов в конце процесса расширения рассчитывают по уравнениям политропического процесса:
где
где
Для проверки теплового расчета и правильности выбора параметров процесса выпуска используем формулу проф. Е.К. Мазинга:
Принятое в начале расчета значение
Отклонение – меньше одного процента.
Теоретическое среднее индикаторное давление можно определить по построенной индикаторной диаграмме:
где a, c, z, z', b, a), мм2;
Величина среднего теоретического индикаторного давления подсчитывается аналитическим путем на основании формулы:
Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности:
Коэффициент не должен превышать 3…4%.
Действительное среднее индикаторное давление определяется по формуле:
где
– потери индикаторного давления на выполнение вспомогательных ходов.
Определим среднее давление механических потерь в двигателе:
где
Среднее эффективное давление:
Механический КПД двигателя:
Исходя из заданной величины эффективной мощности и среднего эффективного давления
С другой стороны, рабочий объем цилиндра равен:
где
Диаметр цилиндра определяется из выражения:
где – отношение хода поршня к диаметру цилиндра. Принимаем
Ход поршня:
По найденным значениям и определяем основные параметры и показатели двигателя:
Оценка работы двигателя, с точки зрения использования рабочего объема, а также тепловой и динамической напряженности, производится по удельной литровой и поршневой мощностям:
В качестве измерителей топливной экономичности двигателя при работе его на номинальной мощности принимаются эффективный удельный расход топлива:
где
Часовой расход топлива:
Индикаторный КПД двигателя вычисляется по выражению:
где
3:
где В – удельная газовая постоянная.
Результаты теплового расчета двигателя и его основные размеры приведены в таблице 1:
Таблица 1
Давление газов, МПа |
0,092 |
|
4,563 |
||
7,3 |
||
7,3 |
||
0,3811 |
||
Температура газов, К˚ |
336,7 |
|
971 |
||
2195 |
||
1343 |
||
Среднее давление, МПа |
0,7697 |
|
0,9531 |
||
КПД |
0,51225 |
|
0,80758 |
||
0,41368 |
||
Удельный эффективный расход топлива |
203,37 |
|
Размеры двигателя |
117,6 |
|
112 |
||
1,1586 |
После окончания расчета рабочего цикла двигателя приступаем к построению индикаторной диаграммы. Индикаторная диаграмма строится совмещенной: теоретическая и действительная в координатных осях
Размеры индикаторной диаграммы по оси абсцисс (объемы) принимаем 130 мм, высота по оси ординат (давление) – 180 мм.
На оси абсцисс откладываем произвольный отрезок, изображающий объем камеры сгорания
Выбираем масштаб давлений:
В принятом масштабе давлений по оси ординат отмечают точки на оси абсцисс, второе – точке
Через точки и проводим прямые, параллельные оси абсцисс. Точки и соединяются политропой сжатия, а точки и – политропой расширения. Промежуточные точки этих кривых определяются из условия, что каждому значению на оси абсцисс соответствуют следующие значения давлений:
– для политропы сжатия;
– для политропы расширения,
где и – искомые давления в промежуточных точках на политропах сжатия и расширения;
– отношение объемов, выраженных в единицах длины (по чертежу);
и – показатели политроп сжатия и расширения.
Результаты расчетов ординат точек политроп запишем в таблицу 3:
Таблица 3
политропа сжатия |
политропа расширения |
||||||
7,2 |
17,1 |
49,1 |
114 |
4,52 |
- |
- |
- |
10 |
12,3 |
31,3 |
72 |
2,88 |
- |
- |
- |
10,5 |
11,7 |
- |
- |
- |
19.2 |
183 |
7.30 |
20 |
6,2 |
12,1 |
28 |
1,11 |
8.8 |
84 |
3.37 |
30 |
4,1 |
6,9 |
16 |
0,64 |
5.4 |
52 |
2.07 |
40 |
3,1 |
4,7 |
11 |
0,43 |
3.9 |
37 |
1.47 |
50 |
2,5 |
3,4 |
8 |
0,32 |
2.9 |
28 |
1.12 |
100 |
1,2 |
1,3 |
3 |
0,12 |
1.3 |
12 |
0.49 |
110 |
1,1 |
1,2 |
3 |
0,11 |
1.1 |
11 |
0.44 |
123 |
1 |
1 |
2 |
0,09 |
1 |
10 |
0.38 |
Основной целью динамического расчета является определение сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме и установление закономерностей их изменения за рабочий цикл двигателя.
На поршень действуют силы давления газов и силы инерции масс деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение.
Сила давления газов определяется по формуле:
(2.1.1.)
где – текущее значение давления газов по индикаторной диаграмме, МПа;
– диаметр цилиндра, м.
Для последующих расчетов необходимо построить график изменения силы давления газов в функции угла поворота коленчатого вала.
Для этого необходимо индикаторную диаграмму, построенную в координатах
Индикаторную диаграмму перестраивают в развернутую по методу Брикса: ниже индикаторной диаграммы на диаметре, соответствующем ходу поршня, строится полуокружность радиусом, равным половине отрезка
Из этого нового центра проводим лучи через каждые 30˚ до пересечения с полуокружностью. Точки пересечения этих лучей с полуокружностью проектируются на кривые политроп сжатия и расширения индикаторной диаграммы. Полученные точки пересечения сносим по горизонтали вправо на вертикальные линии соответствующих углов развернутой диаграммы. Проведя через найденные точки кривую, получим развернутую индикаторную диаграмму за рабочий цикл.
Сила давления газов на поршень подсчитывается по формуле (2.1.1.), и величины этой силы для каждого угла поворота коленчатого вала записываются в таблицу 4.
Для определения газовых сил по развернутой диаграмме давлений необходимо пересчитать масштаб:
где
Действующая на поршень сила инерции масс, совершающих возвратно-поступательное движение, равна:
где – сила инерции первого порядка;
– сила инерции второго порядка;
Следовательно,
где
Значения масс деталей кривошипно-шатунного механизма принимаем из [1] (приложение 4):
Поршень:
Шатун:
Угловая скорость вращения коленчатого вала равна:
Определив силы и
На шатунную шейку действуют две силы: сила
Сила, действующая по шатуну, определяется по уравнению:
где
Центробежная сила инерции равна:
где
Геометрическая сумма сил и образует результирующую силу
Сила раскладывается на две составляющие:
1. – радиальная, действующая по радиусу кривошипа:
2.
Результирующая сила подсчитывается по формуле:
Полученные значения всех сил при разных углах поворота коленчатого вала приведены в таблице 4:
Таблица 4
Силы, Н |
|||||||
0 |
49.3 |
-19732.9 |
-19683.7 |
0.0 |
-19683.7 |
-11512.6 |
31196.3 |
30 |
-78.8 |
-15644.9 |
-15723.7 |
-11377.5 |
-11587.4 |
25750.0 |
|
60 |
-78.8 |
-5920.5 |
-5999.3 |
-6636.5 |
-504.1 |
13727.5 |
|
90 |
-78.8 |
3945.9 |
3867.0 |
3867.1 |
-2232.5 |
14278.7 |
|
120 |
-78.8 |
9866.0 |
9787.2 |
6125.6 |
-8965.1 |
21374.3 |
|
150 |
-78.8 |
11698.0 |
11619.2 |
3212.0 |
-11562.5 |
23297.6 |
|
180 |
-78.8 |
11839.7 |
11760.9 |
0.0 |
-11760.9 |
23273.6 |
|
210 |
-13.8 |
11698.2 |
11684.4 |
-3228.8 |
-11627.5 |
23364.3 |
|
240 |
230.5 |
9867.3 |
10097.8 |
-6318.6 |
-9250.3 |
21703.1 |
|
270 |
893.6 |
3948.8 |
4842.3 |
-4841.9 |
-2796.4 |
15106.0 |
|
300 |
3011.7 |
-5916.7 |
-2905.0 |
3213.7 |
-243.3 |
12187.3 |
|
330 |
12905.8 |
-15642.1 |
-2736.4 |
1980.6 |
-2016.0 |
13672.9 |
|
360 |
43544.7 |
-19732.9 |
23811.8 |
0.0 |
23811.8 |
12299.2 |
|
390 |
39889.7 |
-15647.6 |
24242.1 |
17536.2 |
17869.3 |
18652.7 |
|
420 |
12758.0 |
-5924.3 |
6833.7 |
7559.2 |
575.9 |
13294.8 |
|
450 |
6116.9 |
3942.9 |
10059.9 |
10061.2 |
-5805.7 |
20028.8 |
|
480 |
3869.8 |
9864.8 |
13734.5 |
8598.1 |
-12580.1 |
25580.9 |
|
510 |
3003.8 |
11697.8 |
14701.6 |
4065.7 |
-14629.8 |
26456.7 |
|
540 |
1409.3 |
11839.7 |
13249.0 |
0.0 |
-13249.0 |
24761.7 |
|
570 |
49.3 |
11698.4 |
11747.6 |
-3245.0 |
-11690.5 |
23428.9 |
|
600 |
49.3 |
9868.6 |
9917.8 |
-6204.6 |
-9086.0 |
21512.8 |
|
630 |
49.3 |
3951.7 |
4001.0 |
-4000.2 |
-2311.3 |
14391.0 |
|
660 |
49.3 |
-5912.9 |
-5863.6 |
6487.0 |
-489.6 |
13643.1 |
|
690 |
49.3 |
-15639.4 |
-15590.2 |
11287.5 |
-11483.5 |
25617.0 |
На основании расчетов строим график сил
Под диаграммой сил построим суммарную диаграмму тангенциальных сил откладываются вверх по оси абсцисс, а отрицательные – вниз.
Для двигателей с равномерным чередованием вспышек угол смещения графика тангенциальной силы относительно графика для первого цилиндра определяется по формуле:
где
Определив углы смещения для всех цилиндров и используя график тангенциальной силы для одного цилиндра, заполним таблицу 5:
Таблица 5
Угол поворота коленвала |
Значения тангенциальных сил для соответствующих цилиндров, Н |
|||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|||
0 |
0 |
-4842 |
10061 |
0 |
3867 |
0 |
0 |
-4000 |
5086,2 |
13 |
30 |
-11378 |
3214 |
8598 |
-3229 |
6126 |
17536 |
-3245 |
6487 |
24109,3 |
61 |
60 |
-6637 |
1981 |
4066 |
-6319 |
3212 |
7559 |
-6205 |
11288 |
8945,3 |
23 |
90 |
3867 |
0 |
0 |
-4842 |
0 |
10061 |
-4000 |
0 |
5086,2 |
13 |
120 |
6126 |
17536 |
-3245 |
3214 |
-3229 |
8598 |
6487 |
-11378 |
24109,3 |
61 |
150 |
3212 |
7559 |
-6205 |
1981 |
-6319 |
4066 |
11288 |
-6637 |
8945,3 |
23 |
180 |
0 |
10061 |
-4000 |
0 |
-4842 |
0 |
0 |
3867 |
5086,2 |
13 |
210 |
-3229 |
8598 |
6487 |
17536 |
3214 |
-3245 |
-11378 |
6126 |
24109,3 |
61 |
240 |
-6319 |
4066 |
11288 |
7559 |
1981 |
-6205 |
-6637 |
3212 |
8945,3 |
23 |
270 |
-4842 |
0 |
0 |
10061 |
0 |
-4000 |
3867 |
0 |
5086,2 |
13 |
300 |
3214 |
-3245 |
-11378 |
8598 |
17536 |
6487 |
6126 |
-3229 |
24109,3 |
61 |
330 |
1981 |
-6205 |
-6637 |
4066 |
7559 |
11288 |
3212 |
-6319 |
8945,3 |
23 |
360 |
0 |
-4000 |
3867 |
0 |
10061 |
0 |
0 |
-4842 |
5086,2 |
13 |
390 |
17536 |
6487 |
6126 |
-3245 |
8598 |
-11378 |
-3229 |
3214 |
24109,3 |
61 |
420 |
7559 |
11288 |
3212 |
-6205 |
4066 |
-6637 |
-6319 |
1981 |
8945,3 |
23 |
450 |
10061 |
0 |
0 |
-4000 |
0 |
3867 |
-4842 |
0 |
5086,2 |
13 |
480 |
8598 |
-11378 |
-3229 |
6487 |
-3245 |
6126 |
3214 |
17536 |
24109,3 |
61 |
510 |
4066 |
-6637 |
-6319 |
11288 |
-6205 |
3212 |
1981 |
7559 |
8945,3 |
23 |
540 |
0 |
3867 |
-4842 |
0 |
-4000 |
0 |
0 |
10061 |
5086,2 |
13 |
570 |
-3245 |
6126 |
3214 |
-11378 |
6487 |
-3229 |
17536 |
8598 |
24109,3 |
61 |
600 |
-6205 |
3212 |
1981 |
-6637 |
11288 |
-6319 |
7559 |
4066 |
8945,3 |
23 |
630 |
-4000 |
0 |
0 |
3867 |
0 |
-4842 |
10061 |
0 |
5086,2 |
13 |
660 |
6487 |
-3229 |
17536 |
6126 |
-11378 |
3214 |
8598 |
-3245 |
24109,3 |
61 |
690 |
11288 |
-6319 |
7559 |
3212 |
-6637 |
1981 |
4066 |
-6205 |
8945,3 |
23 |
После построения графика определяется среднее значение тангенциальной силы (средняя ордината диаграммы) по выражению:
где 2;
2;
Для контроля правильности вычисления сил выполним проверку сравнения среднего значения тангенциальной силы
и
где
Различие в полученных расчетом значениях сил не должно быть больше
Для анализа работы двигателя, устанавливаемого на тракторе, предусмотрено построение регуляторной характеристики. Эта характеристика показывает изменение основных показателей двигателя (эффективная мощность, крутящий момент, частота вращения коленчатого вала, удельный и часовой расходы топлива) в зависимости от скоростного режима работы.
В курсовой работе выполняются регуляторные характеристики в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
На оси абсцисс характеристики откладываем в принятом масштабе значения чисел оборотов
где
Кривая эффективной мощности
На регуляторном участке характеристики эффективная мощность линейно увеличивается от значения при холостом ходе дономинальной величины при частоте вращения
Таблица 6
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
|
530 |
1060 |
1590 |
2120 |
2650 |
|
17 |
41 |
67 |
87 |
100 |
|
26.78 |
64.60 |
105.6 |
137.1 |
157,552 |
Крутящий момент двигателя при холостом ходе до номинального момента при номинальной частоте вращения. На безрегуляторной ветви:
Часовой расход топлива:
где
где
Часовой расход топлива на безрегуляторной ветви характеристики уменьшается до значения
Результаты расчетов, необходимые для построения регуляторной характеристики, показаны в таблице 7.
Таблица 7
2862 |
0 |
0 |
8,01 |
2250 |
2650 |
567,8 |
157,552 |
32,04 |
203.37 |
2120 |
617.6 |
137.1 |
31.2 |
217.5 |
1590 |
634.3 |
105.6 |
29.7 |
360 |
1060 |
582.0 |
64.60 |
27.9 |
630 |
530 |
482.5 |
26.78 |
25,63 |
957.1 |
Первый раздел курсового проекта “Тепловой и динамический расчет двигателя” выполнен в соответствии с заданием на основе методической и учебной технической литературы.
Рассчитанные показатели рабочего цикла, работы, размеров, кинематики и динамики проектируемого двигателя отличаются от прототипа топливной экономичностью и габаритными размерами. Снижение удельного расхода топлива на 17 г/кВт ч достигнуто уменьшением хода и диаметра поршня, т.е. снижением габаритов, скорости и потерь на трение.
В целомиз выполненного проекта следуют выводы:
1.
2.
3.
1.
2.
3.
4.
5.
Самаpский сельскохозяйственный институт
Кафедpа ~Тpактоpы и автомобили~
Тепловой pасчет дизельного двигателя
Исходные данные: Степень сжатия17.2
Наличие наддуваНет
Коэффициент избытка воздуха1.5
Эффективная мощность Ne, кВт157.552
Низшая теплота сгоpания, кДж/кг42790
Частота вpащения коленчатого вала, об/мин2650
Коэффициент повышения давления пpи наддуве1
Теоpетически необходимое кол-во воздуха, кг возд./кг топл.14.452
Pасчетные данные:
Давление газов, МПа: pr.105
pa9.199695E-02
pc4.562941
pz7.300706
pb.3811252
Темпеpатуpа газов, К Tr873.5644
Ta336.721
Tc970.9865
Tz2195.082
Tb1341.944
Сp.индикатоpное давление, МПа Pi(I)1.003289
Pi.953124
КПД hi.5122523
hm.8075801
he.4136848
Удельный эффективный pасход
топлива, г/(кВт*час) ge.2033718
Pасход топлива, кг/час Gt32.04163
Ход поpшня, мм S117.6
Диаметp поpшня, мм D112
Pабочий объем цилиндpа, л Vh1.154543
Литpаж двигателя, л Vл9.268815
Удельная литpовая мощность, кВт/л Nл16.7261
Удельная поpшневая мощность, кВт/дм¤ Nп19.6699
Составляющие теплового баланса:
Теплота эквивалентная эффективной работе, Дж/c Qe 157552
Теплота унесенная с газами, Дж/c Qп 132673.9
Теплота неучтенных потеpь, Дж/c Qост 90624.42
Общее количество теплоты, Дж/c Qo 380850.3
alf Pr Pc Py T
> 0 49.3 -11512.6 -19732.9 0.0
> 30 -78.8 -11512.6 -15644.9 -11377.5
> 60 -78.8 -11512.6 -5920.5 -6636.5
> 90 -78.8 -11512.6 3945.9 3867.1
>120 -78.8 -11512.6 9866.0 6125.6
>150 -78.8 -11512.6 11698.0 3212.0
>180 -78.8 -11512.6 11839.7 0.0
>210 -13.8 -11512.6 11698.2 -3228.8
>240 230.5 -11512.6 9867.3 -6318.6
>270 893.6 -11512.6 3948.8 -4841.9
>300 3011.7 -11512.6 -5916.7 3213.7
>330 12905.8 -11512.6 -15642.1 1980.6
>360 43544.7 -11512.6 -19732.9 0.0
>390 39889.7 -11512.6 -15647.6 17536.2
>420 12758.0 -11512.6 -5924.3 7559.2
>450 6116.9 -11512.6 3942.9 10061.2
>480 3869.8 -11512.6 9864.8 8598.1
>510 3003.8 -11512.6 11697.8 4065.7
>540 1409.3 -11512.6 11839.7 0.0
>570 49.3 -11512.6 11698.4 -3245.0
>600 49.3 -11512.6 9868.6 -6204.6
>630 49.3 -11512.6 3951.7 -4000.2
>660 49.3 -11512.6 -5912.9 6487.0
>690 49.3 -11512.6 -15639.4 11287.5
alf Z Rш Prez
> 0 -19683.7 31196.3 -19683.7
> 30 -11587.4 25750.0 -15723.7
> 60 -504.1 13727.5 -5999.3
> 90 -2232.5 14278.7 3867.0
>120 -8965.1 21374.3 9787.2
>150 -11562.5 23297.6 11619.2
>180 -11760.9 23273.6 11760.9
>210 -11627.5 23364.3 11684.4
>240 -9250.3 21703.1 10097.8
>270 -2796.4 15106.0 4842.3
>300 -243.3 12187.3 -2905.0
>330 -2016.0 13672.9 -2736.4
>360 23811.8 12299.2 23811.8
>390 17869.3 18652.7 24242.1
>420 575.9 13294.8 6833.7
>450 -5805.7 20028.8 10059.9
>480 -12580.1 25580.9 13734.5
>510 -14629.8 26456.7 14701.6
>540 -13249.0 24761.7 13249.0
>570 -11690.5 23428.9 11747.6
>600 -9086.0 21512.8 9917.8
>630 -2311.3 14391.0 4001.0
>660 -489.6 13643.1 -5863.6
>690 -11483.5 25617.0 -15590.2