Расчет двигателя

 

Скругление индикаторной диаграммы. Начало открытия впускного  клапана (точка г') устанавливается  за 20° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") — через 56° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 56° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') — через 20° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения впрыска равным 20°, а продолжительность периода задержки воспламенения ∆φ>= 8°.

 

 

Рис 3.1 Индикаторная диаграмма

 

 

3. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

 

Внешняя скоростная характеристика строится для двигателей, используемых в качестве энергетической установки автотранспортных средств.

Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя представлена в Приложении 2. В основу определения энергетических и экономических показателей двигателя положены следующие эмпирические зависимости, предложенные С.Г. Лейдерманом:

 

 

Численные значения коэффициентов  в уравнениях приведены в табл. 6

 

Таблица 6

Коэффициенты для построения скоростной характеристики

Тип двигателя
Дизель с неразделенной камерой сгорания	0,7	1,3	1	1,55	1,55	1

 

Задаемся частотой вращения из расчета, чтобы отношение было кратным 0,1 т.е. =0,2; 0,3; 0,4…1,0; - для дизелей и бензиновых двигателей средней и большой мощностей.

Для дизеля строится регуляторная ветвь  скоростной характеристики из условия, что на этом участке мощность, момент и часовой расход топлива изменяются по линейному закону. При работе на регуляторе частота вращения изменяется от до (максимальной частоты вращения на холостом ходу)

 

= ( 1+0,08 )×2300 = 2484об/мин

 

где d- коэффициент неравномерности регулятора, принимается в пределах 0,07…0,08.

Часовой расход топлива  В_Т.х на регуляторной ветви определяется из соотношения:

 

В_Т.х =(0,25…0,30)В_Т.мах = ( 0,25 ÷ 0,30 ) × 49,2 = 14,76 кг/ч

 

Вращающий момент и часовой  расход топлива подсчитываются по формулам:

 

, кНм,

 

где - частота вращения коленчатого вала в , -мощность в кВт;

 

.

 

Все расчетные данные заносятся в табл. 7

 

Таблица 7 Показатели двигателя для построения скоростной характеристики

обороты	Ре, кВт	be,г/кВт ч	Te,Нм	Bt, кг/ч
460	43,2	253,872	934,4348	10,96727
690	68,4	239,112	986,3478	16,35526
920	94,4	228,288	1020,957	21,55039
1150	120	221,4	1038,261	26,568
1380	144	218,448	1038,261	31,45651
1610	165,2	219,432	1020,957	36,25017
1840	182,4	224,352	986,3478	40,9218
2070	194,4	233,208	934,4348	45,33564
2300	200	246	865,2174	49,2

 

Рис 4.1. Внешне скоростная характеристика двигателя

 

 

4. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

 

Конечной целью кинематического  расчета двигателя является определение  ускорения поршня.

Основными геометрическими  параметрами, определяющими законы движения элементов КШМ, являются: r – радиус кривошипа коленчатого вала (r=59,5 мм), l_ш – длина шатуна (l_ш =228,8мм). Параметр l = r/ l_ш является критерием кинематического подобия КШМ. Для двигателя l = r/ l_ш =0,26. Порядок кинематического расчета двигателя следующий.

а). Определяем по формулам перемещение S_x, скорость C_п и ускорение поршня j_п в зависимости от угла поворота коленчатого вала (с интервалом 30^о).

 

,

,

.

 

б). Полученные значения кинематических параметров оформляем в таблицу 8:

 

 

Таблица 8 Кинематические параметры двигателя

	Перемешение поршня 1-го рода	Перемешение поршня 2-го рода	Суммарное перемещение поршня	Скорость поршня 1-го рода	Скорость поршня 2-го рода	Суммарная скорость поршня	Ускорение поршня 1-го рода	Ускорение поршня 2-го рода	Суммарное ускорение поршня
	Sx1	Sx2	SxСумм	Cn1	Cn2	CnСумм	jn1	jn2	jnСумм
0	0	0	0	0	0	0	3448,175998	896,5257594	4344,701757
30	7,971488475	1,93375	9,90523847	7,1618166	0,8063009	7,968117639	2986,208011	448,2628797	3434,470891
60	29,75	5,80125	35,55125	12,404630	0,8063009	13,21093131	1724,087999	-448,2628797	1275,825119
90	59,5	7,735	67,235	14,32363333	1,14066E-16	14,32363333	2,11226E-13	-896,5257594	-896,5257594
120	89,25	5,80125	95,05125	12,404630	-0,80630	11,59832937	-1724,087999	-448,2628797	-2172,350879
150	111,0285115	1,93375	112,962261	7,161816667	-0,806300	6,355515694	-2986,208011	448,2628797	-2537,945131
180	119	0	119	0	0	1,52673E-15	-3448,175998	896,5257594	-2551,650238
210	111,028	1,93375	112,962261	-7,161816	0,806300	-6,35551569	-2986,208011	448,2628797	-2537,945131
240	89,25	5,80125	95,05125	-12,40463	0,806300	-11,5983297	-1724,087999	-448,2628797	-2172,350879
270	59,5	7,735	67,235	-14,32363	0	-14,3236333	-6,33679E-13	-896,5257594	-896,5257594
300	29,75	5,80125	35,55125	-12,40463	-0,806300	-13,2109311	1724,087999	-448,2628797	1275,825119
330	7,97148	1,93375	9,90523847	-7,161816	-0,806300	-7,96811769	2986,208011	448,2628797	3434,470891
360	0	0	0	0	0	0	3448,175998	896,5257594	4344,701757

 

 

 

в). Строим графики перемещения, скорости и ускорения поршня в интервале от 0^о до 360^о (рис.1).

 

 

 

 

Рис.1. Кинематические параметры двигателя

 

 

5. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

 

В ходе динамического  расчета определяют силы и моменты, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

 

Рис 6.1. Развернутая индикаторная диаграмма двигателя

 

а). Строим развернутую диаграмму давления газов в координатах р_г - j ^о п.к.в, используя построенную свернутую индикаторную диаграмму (Приложение 1) действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя. Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую выполняется графическим путем по методу проф. Ф.А. Брикса. Развертку индикаторной диаграммы начинают от ВМТ в процессе хода впуска. На этой диаграмме наносим также давление от инерционных сил ( р_j ) и давление от суммарных сил (р₁ ),

 

р₁ = р_г ± р_j

где р_j = F_j /pD²/4 .

 

б). Определяем силу инерции, действующую на детали КШМ, движущихся поступательно по формуле:

 

Тип двигателя	Масса поршневой  группы (поршень из алюмин. сплава) ( ) ,	Масса шатуна ( ),
Дизель (D=80…150мм)	28	35

 

F_j = - m_j× j_n ,

 

где m_j – масса деталей КШМ, движущихся поступательно:

 

к г,

 

где = m_уд.п*F_п= m_уд.п*π*D²/4=28*3,14*11,9²/4=2957,63г = 2,958 кг - масса поршневой группы,

-масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу:

 

=0,275*3,697=1,017 кг,

=m_{уд ш}*π*D²/4= 35 *3,14*11,9²/4=3697,04 г =3,697 кг -масса шатуна,

 

j_n – ускорение поршня.

Поправка Брикса:

 

 

Результаты расчета сводятся в табл. 9.

 

Таблица 9

Расчет сил, давления действующих в КШМ двигателя

	Рг,Мпа	jп, м/с2	Fi,Н	Рj,Мпа	∑P1,Мпа
0	0,21	4344,70	-17270,19	-1,55	-1,34
30	0,21	3434,47	-13652,02	-1,23	-1,02
60	0,21	1275,83	-5071,40	-0,46	-0,25
90	0,21	-896,53	3563,69	0,32	0,53
120	0,21	-2172,35	8635,09	0,78	0,99
150	0,21	-2537,95	10088,33	0,91	1,12
180	0,21	-2551,65	10142,81	0,91	1,12
210	0,21	-2537,95	10088,33	0,91	1,12
240	0,24	-2172,35	8635,09	0,78	1,02
270	0,36	-896,53	3563,69	0,32	0,68
300	0,73	1275,83	-5071,40	-0,46	0,28
330	2,48	3434,47	-13652,02	-1,23	1,25
360	8,52	4344,70	-17270,19	-1,55	6,96
380	13,44	3927,00	-15609,84	-1,40	12,04
390	5,51	3434,47	-13652,02	-1,23	4,28
420	1,75	1275,83	-5071,40	-0,46	1,29
450	0,89	-896,53	3563,69	0,32	1,21
480	0,62	-2172,35	8635,09	0,78	1,39
510	0,51	-2537,95	10088,33	0,91	1,42
540	0,21	-2551,65	10142,81	0,91	1,12
570	0,21	-2537,95	10088,33	0,91	1,12
600	0,21	-2172,35	8635,09	0,78	0,99
630	0,21	-896,53	3563,69	0,32	0,53
660	0,21	1275,83	-5071,40	-0,46	-0,25
690	0,21	3434,47	-13652,02	-1,23	-1,02
720	0,21	4344,70	-17270,19	-1,55	-1,34

 

в). Определяем и строим суммарную силу (рис.2), действующую на поршень.

 

 

где численные значения суммарного давления берутся из диаграммы, представленной Приложении 3.

 

Рис. 2. Диаграмма суммарной силы

 

г). Определяем силы F_N ; F_s ; F_к и F_t с интервалом 30^о, оформляем их значения в табличной форме и строим развернутые диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя (рис.3.)

Боковая сила, прижимающая поршень  к цилиндру:

 

F_N = F_å× tgb.

 

Сила, действующая вдоль шатуна:

 

F_s=F_å /cosb.

 

Сила, направленная по радиусу кривошипа:

 

^.

 

Тангенциальная сила, создающая  вращающий момент на коленчатом валу:

 

^.

 

Результаты расчета  сводятся в табл. 10.

 

Таблица 10 Расчет сил, действующих в КШМ двигателя

	∑FкН	FN,кН	Fs,кН	Fk,кН	Ft,кН
0	-14,946865	0	-14,94686502	-14,94686502	0
30	-11,3286973	-1,370772376	-11,24994769	-9,130930044	-6,853861881
60	-2,74808038	-0,579844961	-2,688924055	-0,871141482	-2,671134133
90	5,887014359	1,442318518	5,715547921	-1,442318518	5,887014359
120	10,95841921	2,312226453	10,72252369	-7,484600319	8,328398598
150	12,41165636	1,50181042	12,32537871	-11,49319379	4,902604263
180	12,46613416	0	12,46613416	-12,46613416	0
210	12,42277275	-1,503155502	12,33641782	-11,50348756	-4,906995235
240	11,32525991	-2,389629842	11,08146762	-7,73515252	-8,607197533
270	7,543355724	-1,848122152	7,323646334	-1,848122152	-7,543355724
300	3,065788971	-0,646881473	2,999793514	0,971855104	-2,97994688
330	13,87214747	-1,678529844	13,77571745	11,18095086	-8,392649219
360	77,38582879	0	77,38582879	77,38582879	0
390	47,62149233	5,762200572	47,29045912	38,38292282	28,81100286
420	14,39338529	3,037004295	14,08354725	4,562703136	13,9903705
450	13,45727254	3,297031773	13,06531315	-3,297031773	13,45727254
480	15,47167152	3,26452269	15,13862184	-10,56715165	11,75847035
510	15,7910374	1,910715526	15,68126852	-14,62250063	6,237459773
540	12,46613416	0	12,46613416	-12,46613416	0
570	12,41165636	-1,50181042	12,32537871	-11,49319379	-4,902604263
600	10,95841921	-2,312226453	10,72252369	-7,484600319	-8,328398598
630	5,887014359	-1,442318518	5,715547921	-1,442318518	-5,887014359
660	-2,74808038	0,579844961	-2,688924055	-0,871141482	2,671134133
690	-11,3286973	1,370772376	-11,24994769	-9,130930044	6,853861881
720	-14,946865	0	-14,94686502	-14,94686502	0