Расчет дизильного двигателя

Средний крутящий момент двигателя:

- по  данным теплового расчёта М_кр.ср= M_e/η_м=170,8/0,714 = 239 Н*м;

- по  площади, заключенной под кривой  М_кр:

М_кр.ср=(F₁-F₂)/OA*М_м=(5975-1250)/230*11,5=236 Н.м

ошибка  Δ=(239-236)/239*100% =1,3%

Максимальный  и минимальный крутящие моменты

М_кр.max=10840 H.м;  М_кр.min=-225 Н.м. 

4.6.Расчет  маховика

      Определим момент инерции маховика из заданной степени неравномерности вращения коленчатого вала двигателя.

      Избыточная  работа крутящего момента рассчитывается по формуле

L_изб = F_изб * М_М * М_j = 2600 *11,5*0,0182 = 544 Дж

где F_изб – площадь над прямой среднего крутящего момента на

кривой  М_е=f(j)$

M_j =4*p/(i*OA) = 4*p/(3*230)=0,0182

Момент  инерции движущихся масс двигателя  с маховиком определим по формуле

I_S = L_изб* (d*w²) = 544/(0,008*188,4²) = 1,9 кг*м²

d = 0,008 – коэффициент неравномерности вращения коленчатого вала.

Момент инерции маховика для тракторного двигателя составляет 75¸90% от момента инерции двигателя. Тогда момент инерции маховика равен

I_M = 0,45*I_S = 0,45*1,9 = 0,85 кг*м²

Масса маховика m_М =

D_м =0,4 м – диаметр маховика. 

5.Работа  двигателя с использованием частичных режимов

5.1.Исходные  данные

Трактор – Т-16.

Масса – 1400 кг

Радиус ведущих  шин – 0,4 м.

Общее передаточное число трансмиссии:

i₁ = 67,82; i₁ = 56,25; i₁ = 48,16; i₁ = 39,97; i₁ = 19,65; i₁ = 13,7;

Ограничение скорости движения – V_огр = 5 км/ч.

Коэффициент загрузки – К_з = N_e/N_eH = 0,48 

5.2.Расчет  частичных режимов  двигателя

Определим скорость движения при номинальном режиме

Расчеты сводим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

iтр	67,82	56,25	48,16	39,97	19,65	13,7
u, м/с	1,1	1,34	1,56	1,88	3,8	5,5
u, км/ч	4	4,8	5,6	6,8	13,8	19,8

Построим  регуляторные ветви характеристик  двигателя. Максимальная частота вращения холостого хода рассчитывается по формуле

d_р =0,08 – степень неравномерности регулятора.

Строим  регуляторную характеристику (рис.5.1.).

Регуляторные  ветви М_е и N_e изменяются линейно от номинальных значений до нуля при n_xmax. Регуляторная ветвь G_Т изменяется от номинального значения до G_Тx = 0,25*G_ТН при n_xmax. Регуляторная ветвь g_e

изменяется  от номинального значения до ¥ при n_xmax. Промежуточные точки определяем по формуле

g_e = G_Т/N_e

По регуляторной характеристике определяем для первой передачи

n₁ = 1880 об/мин; N_e1 = К_З*N_eH = 0,48*32,2 = 15,4 кВт; М_е1 = 90 Н*м;

G_T1 = 5,3 кг/ч;  g_e1 = 344 г/(кВт*ч)

Перейдем  последовательно в режим работы на высших передачах с учетом ограничения скорости.

2 передача

Крутящий  момент определим по формуле

М_кр2 = М_кр1*i₁/i₂ = 90*67,82/56,25 = 108 Н*М

Откладываем момент на графике(рис.5.1.) и получаем точку А₂. Угол наклона регуляторной ветви оставляем таким же как и прежде.

n₂ = 1840 об/мин; N_e2 = 19 кВт; G_T1 = 6 кг/ч;   g_e1 = 316 г/(кВт*ч)

3 передача

М_кр3 = М_кр1*i₁/i₃ = 90*67,82/48,16 = 127 Н*М

Откладываем момент на графике(рис.5.1.) и получаем точку А₃. Угол наклона регуляторной ветви оставляем таким же как и прежде.

n₃ = 1670 об/мин; N_e3 = 21?5 кВт; G_T1 = 6?2 кг/ч;   g_e1 = 288 г/(кВт*ч)

4 передача

М_кр4 = М_кр1*i₁/i₄ = 90*67,82/39,97 = 153 Н*М

Откладываем момент на графике(рис.5.1.) и получаем точку А₄. Угол наклона регуляторной ветви оставляем таким же как и прежде.

n₂ = 1490 об/мин; N_e2 = 23 кВт; G_T1 = 6?3 кг/ч;   g_e1 = 274 г/(кВт*ч)

Сводим  расчеты в таблицу 5.2.

     Таблица 5.2.

Передача	n, об/мин	Ne, кВт	Me, Н*м	GT, кг/ч	ge, г/(кВт*ч)
1-я	1880	15,4	90	5,3	344
2-я	1840	19	108	6	316
3-я	1670	21,5	127	6,2	288
4-я	1490	23	153	6,3	274

Вывод. При заданном характере регулирования прямого выигрыша в расходе топлива при работе на повышенных передачах нет. Но если сравнивать скорость движения на 2-й передаче и 1-й передаче, то разница в скорости Du = 0,75 км/ч или на 18% скорость на второй передаче больше, чем на 1-й. Значит скорость обработки поля возрастает на 18%.

Часовой расход топлива при этом на 1-й  скорости ниже всего лишь на

DG_T = (6-5,3)/5,3*100% = 13%. Выигрыш D = 18%-13% = 5%. Т.е. на единицу обработанной площади при 2-й передаче топлива затрачивается на 5% меньше, значит выгоднее работать на 2-й скорости. 
 

6.Расчет  системы питания  двигателя

6.1.Определение  регулировочных параметров  топливной системы дизеля

6.1.1.Выбор  модели топливного  насоса

Номинальная цикловая подача

Номинальная объемная цикловая подача

где r_Т = 0,842 г/см² – плотность топлива.

Цикловая подача при работе с корректором (зона М_еmax, n = 1100 об/мин)

g_{T кор.} = 1,25*g_ТН = 1,25*0,052 = 0,065 г/цикл

V_{Т кор.} = g_{T кор.} *10³/r_Т = 0,065 *10³/0,842 = 77 мм³/цикл

Цикловая подача при работе с обаготитетелем во время  пуска двигателя (n = 800 об/мин)

g_{T об.} = 1,8*g_ТН = 1,8*0,052 = 0,093 г/цикл

V_{Т кор.} = g_{T об.} *10³/r_Т = 0,093 *10³/0,842 = 111 мм³/цикл

Диаметр плунжера

где h_р = 2 мм – активный рабочий ход плунжера

К_п = 0,7 – коэффициент запаса

Выбираем топливный  насос НД-22

Диаметр плунжера – d_п = 9 мм.

Ход плунжера –  S_п = 8 мм

Подача за 1000 циклов – 47…95 см³

Строим регуляторную характеристику насоса (рис.6.1.). 

6.1.2.Определение  времени впрыскивания  топлива через  форсунку

      По  приложению 3 подбираем форсунку СТ2.

Число отверстий  распыла – 3

Диаметр сопла  – 0,3 мм.

Давление начала впрыскивания – р_ф = 17,5 МПа.

Определим суммарную  площадь сечения сопловых отверстий  форсунки

z = 3 – число сопловых отверстий.

Время впрыскивания топлива через форсунку

m = 0,65…0,85 – коэффициент расхода жидкости через форсунку.

u_Т – скорость истечения топлива через сопловые отверстия м/с.

р_{ф ср} = 17,5 МПа – давление в форсунке.

р_{г ср} = (р_я + р_с)/2 = (8,92 + 4,462) /2 = 6,7 МПа

r_Т = 842 кг/м³ – плотность топлива.

      Угол  поворота коленчатого вала, в течение которого происходит впрыск топлива, определим по формуле

Dj = 6*n*t_впр = 6*1800*2,3*10^-3 = 24,5° 

6.1.3. Определение угла  начала подачи  топлива насосом

     Постоим графики перемещения и скорости движения плунжера насоса. В топливном насосе применяем кулачок тангенциального профиля.

Принимаем: r₀ = 16 мм; r₁ = 10 мм;  r₂ = 6 мм;  j_H = 20°.

Строим профиль  кулачка (рис.6.2.).

h_max = 8 мм – ход плунжера.

По рис. 6.3. определим  рабочие углы поворота кулачка

j_1max = 30°;   j_2max = 26,3°;  

Строим перемещение  и скорость по формулам:

На  участке j₁ = 0…j_1max

перемещение

скорость

На  участке j₂ = j_2max…0

перемещение

скорость

где

а = r₀ + h_max – r₂ = 16 + 8 – 6 = 18 мм

а₁ = а / (r₁ + r₂) = 18 / (10+6) = 1,125

Угловая скорость кулачка   w_к = 2*w_Н = 2*188 = 376 рад/с