Расчет дизильного двигателя

 

2.Построение  теоретических характеристик  двигателя

     Для построения внешней скоростной характеристики двигателя принимаем:

n_min = 800 об/мин – минимальная частота вращения коленчатого вала;

n_н = 1800 об/мин – номинальная частота вращения коленчатого вала;

n_max = 1,1*n_Н = 1,1*1800 = 1980 об/мин = 2000 об/мин – максимальная частота вращения коленчатого вала.

Расчет эффективной  мощности ведем по формуле

  N_e = 32,2 кВт

Удельный эффективный  расход топлива определим по формуле

 g_eH = 264 г/(кВт*ч)

Часовой расход топлива  G_т = g_eH * N_e *10^-3 кг/ч

Эффективный крутящий момент  M_e = 9550*N_ex /n_x

Расчеты сводим в таблицу 2.1. 
 
 
 
 
 

Расчет внешней  характеристики двигателя   Таблица 2.1.

Частота вращения коленчатого вала, n, об/мин	700	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000
Эффективная мощность двигателя, Ne, кВт	14,5	16,8	21,3	25,3	28,6	31,0	32,2	31,9
Удельный  эффективный   расход топлива, ge, г/(кВт*ч)	290	279	263	253	250	254	264	280
Часовой расход топлива, Gт, кг/ч	4,2	4,7	5,6	6,4	7,2	7,9	8,5	8,9
Крутящий  эффективный момент, Ме, Н*м	197,9	200,7	203,2	201,4	195,4	185,2	170,8	152,2

 
 

3.Кинематический  расчет

Радиус кривошипа  R = S/2 = 110/2 = 55 мм

Принимаем l = R/L_ш =0,27

Длина шатуна L_ш = R/0,27 = 55/0,27 = 204 мм

Перемещение поршня определим по формуле

Скорость поршня определим по формуле

w = p*n_H/30 = p*1800/30 = 188,4 рад/с

Ускорение поршня

j_п = w²*R*[cosj + l*cos(2*j)] = 1952,2*[cosj+0,27*cos(2*j)]

Расчеты сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Угол  поворота   кривошипа от В.М.Т.,     j, град.	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Перемещение поршня, Sп, мм	0	9	33	62	88	104	110	104	88	62	33	9	0
Скорость  поршня, uп, м/с	0,0	6,4	10,2	10,4	7,8	4,0	0,0	-4,0	-7,8	-10,4	-10,2	-6,4	0,0
Ускорение поршня, jп, м/с2	2479	1954	713	-527	-1240	-1427	-1425	-1427	-1240	-527	713	1954	2479

 

4. Динамический расчёт

4.1. Сила давления  газов

      Избыточное  давление газов на поршень определим  по формуле

Dр_г = р_г – р₀

Аналитически  строим развернутую индикаторную диаграмму  по углу кривошипа (рис.4.1). Расчет в  таблице 4.1. 

4.2. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

       По табл.8.1. [1] с учетом диаметра  цилиндра, отношения S/D, рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения p_z устанавливаются:

- масса  поршневой группы (для поршня  из алюминиевого сплава принято m'_п=260 кг/м²)

m_п=m'_п*F _п=260*94,98*10^-4 = 2,47 кг;

-масса  шатуна (для стального кованого  шатуна принято m'_ш= 300кг/м²)

m_ш=m'_ш*F _п=300*94,98*10^-4 = 2,85 кг;

-масса  неуравновешенных частей одного  колена вала без противовесов (m'_к=320 кг/м²)

m_к=m'_к*F _п=320*94,98*10^-4 = 3 кг.

-масса  шатуна, сосредоточенная на оси  поршневого пальца:

m_ш.п=0,275*m_ш=0,275*2,85=0,783 кг.

-масса  шатуна, сосредоточенная на оси  кривошипа:

m_ш.к=0,725*m_ш=0,725*2,85 = 2,07 кг.

-массы,  совершающие возвратно-поступательное  движение:

m_j= m_п+ m_ш.п= 2,47 + 0,783 = 3,25 кг.

-массы,  совершающие вращательное движение:

m_RS= m_к+ m_ш.к= 3 + 2,07 = 5,07 кг 

4.3 Удельные и полные  силы инерции

Удельные силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

p_j=-j*m_j/F_п=-j*3,25*10^-6/94,98*10^-4 =-j*0,000342 МПа.

Центробежная  сила инерции вращающихся масс шатуна

K_Rш=-m_ш.к*R*ω²=- 2,07*0,055*188,4²*10^-3=- 4,04 кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

K_Rк=-m_к*R*ω²=- 3*0,055*188,4²*10^-3= - 5,86 кН.

Центробежная  сила инерции вращающихся масс

К_R = K_Rш + K_Rк = -4,04 - 5,86 = -9,9 кН 

4.4 Удельные суммарные  силы

Удельная  сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

р = Δр_г + р_j, МПа

Удельная  нормальная сила  р_N = р*tgβ, МПа

Значения  tgβ определяют для λ=0,285 по табл.8.2.

Удельная  сила, действующая вдоль шатуна:  p_s=p*(1/cosβ), МПа

Удельная  сила, действующая по радиусу кривошипа:

p_k=p*cos(φ+β)/cosβ, МПа

Удельная  и полная тангенциальные силы:

p_T = p*sin(φ+β)/cosβ, МПа     Т = р_Т*F_п= р_Т*94,98*10^-1, кН

Результаты  расчетов заносим в таблицу 4.1. По результатам расчета строим диаграммы (Рис.4.1.¸ 4.3) 

               
 
 
 
 
 

 

     

Динамический  расчет сил              Таблица 4.1.

j, град	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360	370	390	420	450	480	510	540	570	600	630	660	690	720
рг, МПа	0,105	0,103	0,1	0,092	0,092	0,092	0,092	0,092	0,092	0,165	0,35	1,425	4,462	8,92	4,1	0,685	0,45	0,375	0,225	0,105	0,105	0,105	0,105	0,105	0,105	0,105
Dрг, МПа	0,005	0,003	0,000	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	0,065	0,250	1,325	4,362	8,820	4,000	0,585	0,350	0,275	0,125	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
jп , м/с2	2479	1954	713	-527	-1240	-1427	-1425	-1427	-1240	-527	713	1954	2479	2424	1954	713	-527	-1240	-1427	-1425	-1427	-1240	-527	713	1954	2479
рj, МПа	-0,85	-0,67	-0,24	0,18	0,42	0,49	0,49	0,49	0,42	0,18	-0,24	-0,67	-0,85	-0,83	-0,67	-0,24	0,18	0,42	0,49	0,49	0,49	0,42	0,18	-0,24	-0,67	-0,85
р, МПа	-0,84	-0,67	-0,24	0,17	0,42	0,48	0,48	0,48	0,42	0,25	0,01	0,66	3,51	7,99	3,33	0,34	0,53	0,70	0,61	0,49	0,49	0,43	0,19	-0,24	-0,66	-0,84
tg b	0,00	0,14	0,25	0,30	0,25	0,14	0,00	-0,14	-0,25	-0,30	-0,25	-0,14	0,00	0,05	0,14	0,25	0,30	0,25	0,14	0,00	-0,14	-0,25	-0,30	-0,25	-0,14	0,00
b (рад)	0,000	0,143	0,248	0,287	0,248	0,143	0,000	-0,143	-0,248	-0,287	-0,248	-0,143	0,000	0,050	0,143	0,248	0,287	0,248	0,143	0,000	-0,143	-0,248	-0,287	-0,248	-0,143	0,000
рN, МПа	0,00	-0,10	-0,06	0,05	0,11	0,07	0,00	-0,07	-0,11	-0,07	0,00	-0,09	0,00	0,40	0,48	0,09	0,16	0,18	0,09	0,00	-0,07	-0,11	-0,05	0,06	0,10	0,00
рS, МПа	-0,84	-0,67	-0,25	0,18	0,43	0,49	0,48	0,49	0,43	0,26	0,01	0,66	3,51	8,00	3,37	0,35	0,55	0,72	0,62	0,49	0,50	0,44	0,19	-0,25	-0,67	-0,84
рк, МПа	-0,84	-0,53	-0,07	-0,05	-0,30	-0,45	-0,48	-0,45	-0,30	-0,07	0,00	0,52	3,51	7,82	2,65	0,10	-0,16	-0,50	-0,58	-0,49	-0,46	-0,31	-0,05	-0,07	-0,53	-0,84
рт, МПа	0,00	-0,42	-0,24	0,17	0,31	0,18	0,00	-0,18	-0,31	-0,25	-0,01	-0,41	0,00	1,71	2,08	0,34	0,53	0,52	0,23	0,00	-0,19	-0,32	-0,19	0,24	0,41	0,00
Т, кН	0,0	-3,9	-2,3	1,6	2,9	1,7	0,0	-1,7	-2,9	-2,3	-0,1	-3,9	0,0	16,3	19,8	3,2	5,0	4,9	2,2	0,0	-1,8	-3,0	-1,8	2,3	3,9	0,0
Мкр.ц., Н*м	0	-217	-126	90	161	94	0	-94	-161	-128	-3	-214	0	895	1087	177	277	270	120	0	-97	-166	-97	124	216	0

 
 
 
 

 

4.5. Крутящие моменты

     Крутящий  момент одного цилиндра определим по формуле

М_кр.ц=Т*R=T*0,055*10³ Н.м.

Результат расчета в таблице 4.1

     Период  изменения крутящего момента  четырехтактного двигателя с  равными интервалами между вспышками

θ = 720/i = 720/ 3 = 240⁰.

      Суммирование  значений крутящего моментов всех трех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом через каждые 30⁰ угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая М_кр

Расчет  сводим в таблицу 4.2

     Таблица 4.2.

	j, град	0	30	60	90	120	150	180	210	240
1 цилиндр	j кривошипа, град	0	30	60	90	120	150	180	210	240
	Мкр.ц., Н*м	0	-217	-126	90	161	94	0	-94	-161
2 цилиндр	j кривошипа, град	240	270	300	330	360	390	420	450	480
	Мкр.ц., Н*м	-161	-128	-3	-214	0	1087	177	277	270
3 цилиндр	j кривошипа, град	480	510	540	570	600	630	660	690	720
	Мкр.ц., Н*м	270	120	0	-97	-166	-97	124	216	0
	Мкр., Н*м	109	-225	-129	-221	-5	1084	301	399	109