Эффективный коэффициент полезного действия определяется:
(44)
1.6.5 Эффективный удельный расход топлива
(45)
1.6.6 Часовой расход топлива
Часовой расход топлива выражается:
(46)
где - эффективная мощность, кВт.
1.6.7 Степень использования рабочего объема цилиндра
Степень использования рабочего объема цилиндра (степень форсирования) характеризуется литровой мощностью (кВт/л).
1.7 Определение основных размеров двигателя
1.7.1 Рабочий объем цилиндра
Рабочий объем цилиндра определяется:
(47)
где – количество цилиндров.
Задавшись отношением хода поршня к диаметру поршня , определяют диаметр цилиндра:
(48)
Принимаем диаметр по ГОСТу .
1.7.2 Ход поршня
По окончательно принятому значению и полученному при расчете уточняем величину хода поршня S по зависимости:
(49)
1.8 Определение теплового баланса
1.8.1 Уравнение внешнего теплового баланса в абсолютных единицах
Уравнение внешнего теплового баланса имеет вид:
(50)
где – количество теплоты, введенное в двигатель с топливом, кДж/ч;
- количество теплоты, превращенное в эффективную работу, кДж/ч;
- количество теплоты, отводимой в охлаждающую среду, кДж/ч;
- количество теплоты, унесенной отработавшими газами, кДж/ч;
- теплота, не выделившаяся вследствие неполноты сгорания
(51)
(52)
(53)
где - температура отработанных газов, К;
- средняя мольная теплоемкость отработавших газов, кДж/кмольК;
- средняя мольная теплоемкость свежего заряда
(54)
QНС=119*103(1-α)L0GТ;
QОХЛ=Q-(Qe+Qr+QНС).
Ср1- средняя мольная теплоемкость при р=соnst свежего заряда при температуре
Т0 (кДж/кмольК)
Ср1=28,475+1,74*10-3Т0; (74)
QНС- теплота, не выделившаяся вследствие неполноты сгорания (кДж/ч) при α<1
QНС=119*103(1-α)L0GТ; (75)
QОХЛ- количество теплоты, отводимой в охлаждающую среду (кДж/ч),
QОХЛ=Q-(Qe+Qr+QНС). (76)
1.9.1 Уравнение теплового баланса в относительных единицах
qe+qr+qHC+qOXЛ=100%, (77)
где qe=*100%, qr=*100%, qОХЛ=*100%, qНС=*100%.
В табл.2 приведены примерные значения составляющих теплового баланса для номинального режима работы двигателей.
2. Построение индикаторной диаграммы
2.1 Построение индикаторной диаграммы двигателя с воспламенением от сжатия
Индикаторная диаграмма строится в координатах р-V.
По оси абсцисс (оси объемов) откладывают отрезок АВ (рисунок 1), соответствующий ходу поршня S в натуральную величину. Влево от точки А откладывают отрезок ОА, соответствующий объему камеры сжатия Vс; величина отрезка определяется из соотношения:
Точка О принимается за начало координат р-V.
Для построения индикаторной диаграммы рекомендуются масштабы давлений в пределах = 0,02 - 0,05 МН/м2. Масштаб давлений принимается таким, чтобы высота диаграммы превышала основание в 1,2-1,5 раза.
Из точек А и В проводят вертикальные линии, являющиеся отметками ВМТ и НМТ, на которые наносят точки а, с, в, r, z, соответствующие давлениям ра, рс, рb, рr, рz.
При выполнении построения политроп сжатия и расширения рекомендуется осуществим графическим методом в следующей последовательности. Из начала координат О проводят луч под произвольным углом (α=15-200) к оси абсцисс. Из начала координат О под углами и к оси ординат проводят лучи ОЕ и ОК. значения углов и определяют по зависимостям:
Следовательно и будут равны 300 и 260 соответственно.
Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат. Из полученной точки под углом 450 к оси ординат проводят прямую до пересечения с лучом ОЕ, а из точки пересечения с лучом- горизонтальную линию. Из точки С опускают перпендикуляр на ось абсцисс до пересечения с лучом ОД. Из полученной точки проводят прямую под углом 450 к вертикали до пересечения с осью абсцисс. Из нее восстанавливают перпендикуляр к оси абсцисс до пересечения с ранее проведенной горизонталью. Полученная точка 1' принадлежит политропе сжатия. Другие точки политропы сжатия получаются аналогичным путем. Из точки пересечения горизонтали, на которой лежит точка 1', с осью ординат проводят прямую под углом 450 к оси ординат до пересечения с лучом ОЕ и т.д. Через полученные точки 1',2',3' и т.д. проводится политропа сжатия АС. Построение политропы расширения выполняется аналогично. Построение начинают из точки Z, используя лучи ОД и ОК. Через полученные точки 1",2",3" и т.д. проводится политропа расширения ZB.
При правильном построении политропы сжатия и расширения должны проходить соответственно через точки А и В.
В действительной индикаторной диаграмме следует учесть округления в точках с, z и b, обусловленные опережением зажигания, протекания процесса сгорания и предваоеним открытия выпускного клапана.
Для этой цели под индикаторной диаграммой строят полуокружность с диаметром, равным ходу поршня с центром О1. От центра О1 вправо откладывают отрезок r(λ/2) (поправку Ф.А.Брикса на конечную длину шатуна). При расчетах задаются значением (ℓ- длина шатуна, r- радиус кривошипа, λ=1/3,5-1/4,5) или принимают по данным прототипа проектируемого двигателя.
Из центра О2 под углом γ1 (угол опережения открытия выпускного клапана) проводят луч О2В1. Через точку В1 проводят вертикаль до пересечения с политропой расширения. Полученная точка b1 на индикаторной диаграмме соответствует моменту открытия выпускного клапана.
Скругление индикаторной диаграммы делают на участке b1, b2, b3.
Затем из центра О2 проводят луч О2С под углом γ2 (угол опережения зажигания, γ2=25-350 поворота коленчатого вала до ВМТ). Через точку С проводят вертикаль до пересечения с политропой сжатия. Точка С' на индикаторной диаграмме соответствует моменту зажигания. Положение точки С" определяют, приняв р"С=1,15-1,25 рС.
Процессы впуска и выпуска условно принимают протекающими при постоянном давлении на участках соответственно r, a и b1, b2, b3,r.
Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма
3. Динамическое исследование кривошипно-шатунного механизма
Динамическое исследование кривошипно-шатунного механизма включает:
1)построение развернутой индикаторной диаграммы в функции угла поворота коленчатого вала двигателя;
2)определение сил инерции от возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма;
3)построение развернутой диаграммы удельных сил инерции от возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма;
4)построение развернутой диаграммы суммарной силы, действующей на поршень;
5)определение тангенциальной силы, приложенной к оси шатунной шейки коленчатого вала;
6)построение развернутой диаграммы тангенциальных сил;
7)определение размеров маховика;
8)анализ уравновешенности двигателя и методов уравновешивания сил и моментов в проектируемом двигателе.
3.1 Построение развернутой индикаторной диаграммы
Для построения развернутой индикаторной диаграммы используют полуокружность (рисунок 1), расположенную под индикаторной диаграммой. Полуокружность делим на 12 равных частей через 150 поворота коленчатого вала. Полученные на полуокружности точки 1, 2, 3 и т. д. соединяют с центром О1. Из центра О2 проводят лучи, параллельные ранее проведенным из центра О1 лучам. Через полученные точки 1', 2', 3' и т. д. проводят вертикальные линии до пересечения с кривыми индикаторной диаграммы. Найденные точки индикаторной диаграммы соответствуют текущим значениям давлений при определенных углах поворота коленчатого вала. Развертывают индикаторную диаграмму относительно давления р0 в диапазоне угла поворота коленчатого вала 0-4π. Текущие значения давления газов рх:
где - текущее значение давления по индикаторной диаграмме.
3.2 Силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме
На рисунке 3 представлены силы действующие на КШМ.
Рисунок 3 - Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме.
На поршневой палец действует сила от давления газов Рr и сила инерции Рγ, вызываемая возвратно-поступательно движущимися массами кривошипно-шатунного механизма
где - массы КШМ;
- радиус кривошипа, мм;
- угловая скорость вращения коленчатого вала, с-1,
(55)
(56)
где - массы поршневой группы, кг ();
- массы шатунной группы, кг ().
Суммарная сила Pt направлена по оси цилиндра
(57)
Сила действует по оси шатуна
(58)
Сила N направлена перпендикулярно оси цилиндра
(60)
Сила , приложенная к центру шатунной шейки, раскладывается на две составляющие: тангенциальную касательную Т, действующую по нормали к радиусу кривошипа, и радиальную Z, направленную по радиусу кривошипа.
(61)
(62)
Тангенциальная сила T создает крутящий момент двигателя
(63)
Радиальная сила Z вызывает нагружение коренных подшипников.
Вращающиеся массы кривошипно-шатунного механизма (неуравновешенные массы коленчатого вала и часть массы шатуна) вызывают центробежную силу , которая направлена по радиусу кривошипа
(64)
Если приложить к центру коленчатого вала две взаимно противоположные силы Рt' и Рt" (равные и параллельные силе Рt), образуется силами Рt' и Рt" момент, который равен крутящему моменту МК двигателя
МR=N*Н=-МК
3.2 Определение сил инерции от возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма
Сила инерции
(65)
где - сила инерции первого порядка (период изменения равен 2π), МН;
- сила инерции второго порядка (период изменения равен π), МН.
(66)
(67)
При динамическом исследовании кривошипно-шатунного механизма удобно пользоваться удельными силами инерции Рj (МН/м2), отнесенными к площади поршня
(68)
где - площадь поршня, м2.
(69)
где R – радиус поршня, м.
Силы инерции определяют аналитически или графически. При выполнении курсовой работы рекомендуется использовать графический метод определения .
Для удобства суммирования сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, график сил строят в том же масштабе Мр, который был принят для построения индикаторн горизонталь, на ней откладывается отрезок МN, соответствующий проводится ходу S поршня. Из точки М вниз в масштабе Мр откладывается (МПа/м2), а из точки N вверх в масштабе Мр откладывается значение (МПа/м2).
(70)
(71)
Страницы: 1, 2
