Тепловой и динамический расчет двигателя ЗМЗ-53

Пример расчета для  частоты вращения n = 800 мин^-1

 

 

Остальные величины рассчитываются аналогично и представлены в таблице  Результаты расчета заносим в  таблицу5, и на их основании строим график внешней скоростной характеристике

Таблица 5- Расчетные данные для построения внешней скоростной характеристики двигателя

n, мин	N ,кВт	M ,Н*м	qе,г/(кВт*ч)	Gт ,кг/ч
800	28,43	339,38	418,01	11,88
1200	44,34	352,87	391,92	17,37
1600	59,91	357,58	376,08	22,53
2000	74,04	353,54	370,48	27,43
2400	85,63	340,73	375,12	31,12
2800	93,56	319,1	390	36,48
3200	96,75	288,73	415,13	40,16

 

5. Система питания

 

Система питания двигателей внутреннего сгорания  В систему  питания двигателя внутреннего  сгорания входят приборы для  хранения топлива, для очистки воздуха  и топлива, для подачи топлива  и приго- товления горючей смеси.  1. Воздухоочистители  Воздух, поступающий  в двигатель, содержит пыль, количество которой  зависит от условий работы, способа очистки и состояния  воздухоочистительной  системы.  При движении колесной машины по дороге с усовершенствованным по- крытием  содержание пыли в воздухе находится  в пределах 0,02…0,01 г/м 3 , а  при  движении по грунтовой дороге 0,1…0,15 г/м 3 . Пылесодержание воздуха на  уровне 0,75…1,0 м от поверхности пути в неблагоприятных условиях может  достигать 0,4…0,5 г/м 3 . При движении гусеничных машин по пыльной грунто- вой дороге вблизи ее поверхности содержание пыли в воздухе может достигать  6 г/м 3 , а на высоте 1,8…2,5 м около 1,25…2,0 г/м 3 .  По составу преобладает пыль, состоящая в основном из кремнезема, оки- слов алюминия, кальция и магния, а также из органических веществ. Более 70%  пылинок имеют размеры до 1 мкм.  Поступившая в двигатель пыль увеличивает интенсивность износа дета- лей, снижает его мощность, увеличивает расход горюче-смазочных материалов.  Как показали исследования, большое влияние на  износ двигателя оказывают  условия эксплуатации машины. Так, например, интенсивность износа цилинд- ров двигателя машины, эксплуатируемой летом на пыльных дорогах, в 10 раз  выше, чем на асфальтированных дорогах, и в 50 раз выше, чем на зимних снеж- ных дорогах.  Приведенные данные показывают, что для повышения долговечности и  надежности работы двигателя,  а также для сохранения его  эффективности и  экономичности засасываемый воздух должен тщательно очищаться.  Воздухоочистители двигателей лесотранспортных машин разделяются на  три группы: фильтрующие, инерционные и комбинированные.  Фильтрующие  и  инерционные  воздухоочистители  бывают  сухими  и  мокрыми. У последних поверхность фильтрации смачивается маслом. Комби- нированные воздухоочистители могут иметь только сухие или мокрые и сме- шанные сочетания элементов.

До  последнего  времени  распространение  имели  контактно-масляные  (инерционные) фильтры, которые, ввиду  большой трудоемкости обслуживания  и сравнительно невысокого качества очистки воздуха, вытесняются сейчас воз- душными фильтрами с сухим  сменным фильтрующим элементом, а также ком- бинированными  воздухоочистителями,  у  которых  предварительная  очистка  воздуха от крупной пыли производится в сухом инерционном очистителе (ци- клоне), а затем в мокром или  сухом фильтрующем элементе.  Контактно-масляный воздушный фильтр (рис. 22) состоит из корпуса с  двойными стенками, между которыми образована камера, поглощающая шумы  при  всасывании воздуха. 

В  нижней  части  корпуса  расположена  масляная  ванна.  Фильтрующий  элемент, состоящий  из двух слоев капроновой щетины, закрытых металличе- ской сеткой, закреплен в  крышке фильтра.  Воздух в воздушный  фильтр поступает через кольцевую  щель корпуса.  Контактируя с маслом, воздух резко меняет свое направление  и теряет наиболее  тяжелые частицы  пыли, оседающие в масляной ванне. В фильтрующем элемен- те, смоченном  маслом, воздух дополнительно очищается  от мельчайших час- тиц.  Уход за  фильтром  заключается  в регулярной  смене  масла  в  масляной  ванне  и промывке фильтрующего элемента.  Фильтр с сухим фильтрующим элементом  отличается высоким качест- вом фильтрации воздуха и простотой ухода, в  результате чего он начал нахо- дить широкое применение на карбюраторных  и дизельных двигателях (рис. 23).

 

 

 

Фильтрующий  элемент  неразборной  конструкции,  представляет  собой гофрированный патрон из специальной бумаги мелкопористой структуры или  войлочного материала. Проходя сквозь поры фильтра, воздух оставляет на его  поверхности  практически  все  частицы  пыли.  Пыль,  скапливающаяся  на  дне  корпуса  фильтра,  выносится  в  атмосферу  с  помощью  эжекционного  отсоса.  Уход за такими фильтрами заключается в смене фильтрующего элемента через  8…10 тыс. км пробега или через 1000 ч работы.  Важными достоинствами бумажных фильтров являются их низкое сопро- тивление впуску, что способствует увеличению коэффициента наполнения, и  простота ухода.

 

2. Топливные фильтры

 

  Тщательная очистка  топлива, поступающего в карбюратор  или в топлив- ный насос высокого  давления, от влаги и механических  частиц производится в  фильтре-отстойнике и в фильтре тонкой очистки. На рис. 24 приведены общие  виды топливных фильтров отстойников.  В  корпусе  фильтра-отстойника  установлен  фильтрующий  элемент,  со- стоящий из набора металлических пластин (рис. 25, а), между которыми обра- зованы щели высотой не более 0,05 мм. Механические примеси, размер кото- рых более этой величины, улавливаются и выпадают в осадок. Этот осадок и  влага периодически сливаются через сливное отверстие фильтра.  Фильтр тонкой очистки (рис. 25, б, в) установлен непосредственно перед  карбюратором или топливным насосом высокого давления. Его сетчатый, бу- мажный или мелкопористый керамический элемент способен улавливать мель- чайшие механические примеси.

 

3. Топливный бак

 

  Необходимый запас  горючего на автомобиле или  тракторе хранится в то- пливном  баке (рис. 26), выполненном из листовой  освинцованной стали. В по- следнее  время все большее распространение  находят пластиковые топливные   баки, которые имеют сложную геометрическую  форму и способны эффективно  занимать все свободное технологическое  пространство.

В топливном баке хранится запас топлива, достаточный для  пробега ле- совозного автомобиля в 400…500 км, иногда используются топливные  баки по- вышенной вместимости, запаса топлива в которых достаточно для пробега око- ло 1000 км. Как  правило на тракторах емкость  топливного бака принимается  такой, чтобы обеспечить сменную работу трактора без дозаправки.

 

 

 

 

 

 

 

 

_{Горловина бака снабжена выдвижной  трубой с сеткой и  плотно закры- вающейся пробкой. Для обеспечения  нормальной подачи горючего в карбюра- тор  и уменьшения его  потерь от испарения  в пробке устанавливаются  клапаны.  При разрежении в баке 0,0016…0,0034 МПа  открывается впускной клапан, и  бак  сообщается с атмосферой. Выпускной клапан открывается при  повышении  давления в баке на 0,011…0,018 МПа больше атмосферного. На баке размеща- ется электрический датчик указателя уровня топлива, а в днище бака имеется  пробка для слива отстоя топлива.} 

 

 _{Система  питания карбюраторных  двигателей}

_{Принципиальная  схема системы  питания карбюраторного двигателя по- казана на рис. 27.}

_{Топливо из бака 1 при помощи насоса 5, пройдя фильтр-отстойник 4 и  фильтр тонкой очистки 6, поступает  в карбюратор 8. Воздух поступает в кар- бюратор через  воздухоочиститель 7. В карбюраторе  топливо распыляется, ис- паряется  и,  перемешиваясь  с  воздухом,  образует  горючую  смесь.  Горючая  смесь  через впускной коллектор 9 поступает в цилиндры двигателя и, смешива- ясь с остаточными  газами, образует рабочую  смесь. Рабочая смесь  воспламеня- ется при  помощи электрической  искры и сгорает. Отработанные газы отводятся  из цилиндров двигателя  через выпускной  коллектор 10 и глушитель 12 в атмо- сферу.  Бензиновый насос. Для  подачи топлива в  карбюратор и преодоления  со- противления фильтров в системе питания  карбюраторного двигателя  применя- ется диафрагменный  насос с механическим приводом (рис. 28).  Ход диафрагмы 5 вниз (всасывание) совершается с  помощью штока 2 при  повороте коромысла 1 на оси под воздействием эксцентрика распределительно- го вала. При этом пружина 6 сжимается  и через впускные клапаны 3 наддиа- фрагменная полость заполняется  топливом. При подъеме  диафрагмы под  воз- действием сжатой пружины топливо  через нагнетательный клапан 4 поступает  в поплавковую  камеру карбюратора. Подача топлива в карбюратор при нерабо- тающем двигателе производится рычагом 7.   Производительность насоса при отсутствии противодавления составляет  140…180  л/ч. У работающего двигателя  насос автоматически изменяет свою  производительность в соответствии с расходом топлива двигателем: при запол- ненной до нормального уровня поплавковой камере карбюратора бензонасос не  может  преодолеть  противодавления,  создаваемого  игольчатым  клапаном  по- плавковой камеры. При этом диафрагма 5 останавливается в промежуточном  положении, а коромысло 1 своим вильчатым концом вхолостую качается отно- сительно штока диафрагмы 2. Для повышения надежности работы в конструк- циях  насосов  наблюдается  тенденция  увеличения числа впускных и нагнета-}

_{тельных клапанов.}

 

_{Карбюратор. Как уже отмечалось выше, в карбюраторе  происходит об- разование  горючей смеси. Рассмотрим принцип работы простейшего  карбюра- тора. Топливо  из бака самотеком  подается в поплавковую  камеру 1 (рис. 29), в  которой с помощью  поплавка 2 и жестко связанного с ним  игольчатого клапана  3 устанавливается  постоянный уровень  топлива на 2-3 мм ниже верхнего конца  распылителя 4.}

 

 

  _{Рис. 29. Принципиальная схема  эле- ментарного  карбюратора: 1 –  поплав- ковая камера; 2 – поплавок; 3 –  иголь- чатый клапан; 4 – распылитель; 5 –  диффузор; 6 – топливный жиклер; 7 –  дроссельная  заслонка} 

 _{Поступление  воздуха и образование  горючей смеси  происходит под  дей- ствием разряжения, создаваемого поршнем  в цилиндре при  такте впуска. При   движении воздуха  через диффузор 5 в суженной его  части скорость  потока уве- личивается, а давление падает, в результате этого  происходит засасывание  топ- лива через  топливный жиклер 6 и его распыление  и смешивание с  воздухом.  Количество  горючей смеси  регулируется при  помощи дроссельной  заслонки 7,  которая  при помощи системы  тяг связана с  педалью «газ».  На холостом ходу  при малых открытиях  дроссельной заслонки  разреже- ние в  диффузоре такого  карбюратора настолько  мало, что топливо  из распыли- теля  в смесительную  камеру практически  не поступает.  Состав смеси на  этом  режиме будет  переобедненным и  характеризоваться  высокими значениями  ко- эффициента избытка  воздуха ( >1,4), при  котором двигатель  работать не смо-  жет.  По  мере  открытия  дроссельной   заслонки  и   повышения   разрежения  в диффузоре состав смеси, приготовляемый элементарным карбюратором, будет  стремиться к обогащению, а коэффициент избытка воздуха понижаться.  Поэтому элементарный карбюратор не обеспечивает приготовления  го- рючей смеси требуемого состава и все карбюраторы снабжены дозирующими  устройствами,  предназначенными  для устранения недостатков  элементарного  карбюратора.}

 

 

 

Заключение

 

В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и  динамический расчет двигателя ЗМЗ-53

Проведя тепловой расчет,  определили параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также  произвели оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры  двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

При выполнении динамического  расчета  определили действующие  на кривошипно-шатунный механизм силы, а также крутящий момент, развиваемый  двигателем. Также был произведен расчет скоростной характеристики двигателя.

Двигатель ЗМЗ-53имеет равномерное чередование вспышек. Построение графика крутящих моментов  незначительные различия по сравнению с графиком суммарного крутящего момента прототипа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1.Вершина Г.А., Якубенко  Г.Я. Методическое пособие по  курсам «Теория рабочих процессов  ДВС» и «Динамика ДВС» для  студентов специальности Т.05.10.00. - Мн.: Техноперспектива, 2001. -87 с.

2.Железко Б.Е. Основы  теории и динамики автомобильных  и тракторных двигателей.- Мн., 1980. -304 с.

3.Колчин А.И., Демидов В.П.  Расчет автомобильных и тракторных  двигателей. - М.: Высшая школа, 1980. -400 с. 

4.Автомобильные двигатели.  Под ред. д-ра техн. наук Ховаха  М. С. - М.: Машиностроение, 1977. -592с.