Определение основных параметров двигателя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Мозырский государственный педагогический университет

им. И.П. Шамякина»

 

Кафедра машиностроения

и МПМД

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Теория и расчет дизельного двигателя Д-243»

Студент:

ИПФ, 4 курс, 3 группа,

Лещинский Николай

 

Руководитель:

доцент, к.п.н.

Полищук Людмила Николаевна

Мозырь 2011

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ __________________________________________________2

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна_______________4

Выбор размеров и числа цилиндров______________________________4

Выбор камеры сгорания, коэффициента избытка воздуха и степени сжатия ______________________________________________________________6

Обоснование необходимости наддува дизельного двигателя и определение его давления ___________________________________________________6

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

Параметры рабочего тела ______________________________________7

Параметры окружающей среды и остаточных газов _________________8

Определение параметров рабочего цикла __________________________8

Построение и анализ индикаторной диаграммы ____________________13

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Анализ результатов теплового расчета __________________________15

3. ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ_______________________________________________16

4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец ______19

Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала _____________________________________________________________22

Построение графика тангенциальной силы _______________________23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ _______________________________________________24

ЛИТЕРАТУРА _________________________________________________25

 

ВВЕДЕНИЕ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Сегодня автотракторные двигатели являются технически сложными устройствами. К двигателям в настоящее время предъявляются высокие требования. Они должны обладать приемлемыми мощностями и экономическими показателями, а также достаточной надежностью в работе. Особо важными на сегодняшний момент являются вопросы правильной организации эксплуатации автотракторных двигателей. В век электроники и полной компьютеризации технологических процессов инженер-механик должен в совершенстве владеть вопросами теории проектирования и практики эксплуатации двигателей. Целью данной курсовой работы является систематизация и закрепление имеющихся знаний по основным разделам дисциплины «Основы теории автотракторных двигателей».

При расчетах тепловых и динамических показателях двигателя мы определим основные размеры проектируемого двигателя, индикаторные параметры рабочего цикла, КПД и экономичность, силы и моменты, нагружающие детали кривошипно-шатунного механизма и определим требуемый момент инерции маховика, а также определим параметры внешней характеристики двигателя.

Номинальная мощность двигателя в задании Nе принята равной мощности Nn, определенной по данным теплового расчета автомобиля в зависимости от массы, теплового усилия, скорости движения, условий движения, КПД трансмиссии и допускаемой степени загрузки двигателя.

Грузоподъемность нашего автомобиля, судя по исходным данным мощности (Nе=60 кВт), большая. Для расчетов принимаем дизельный тип двигателя. Двигатель Д-243 является четырехтактным. Цилиндры расположены рядно, номинальная мощность Nе=60 кВт при n_н=2200 мин^-1, система охлаждения – жидкостная.

Графическая часть работы представлена графиками динамического расчета двигателя, индикаторной диаграммой двигателя, которые отражены на двух листах формата А-1.

 

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Параметры рабочего тела

 

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива

(2.1)

где – весовая доля соответствующих компонентов.

- для дизельного топлива

или

, (2.2)

,

где – масса 1кмоля воздуха .

Процесс впуска

 

Давление и температура в конце процесса впуска.

, (2.6)

где - величина потери давления на впуске, МПа

, (2.7)

где - коэффициент затуханияскорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

- коэффициент сопротивления впускной системы;

- средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы,

- плотность заряда на впуске,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Для дизелей принимают . Чем выше скорость поршня , тем выше . Примем , а .

 

Коэффициент остаточных газов

(2.8)

.

Температура в конце впуска:

(2.9)

значения Т₀, ΔТ и Т_r следует принять по данным приложения Б [4, стр. 55].

Коэффициент наполнения:

(2.10)

где - подогрев свежего заряда .

 

Процесс сжатия

Давление и температура в конце процесса сжатия

; (2.11)

, (2.12)

где - показатель политропы сжатия, который вычисляется по формуле В.А. Петрова

n ₁ = 1,41 - 100/ п_н = 1,41 - 100/2200=1,36,(2.13)

здесь п_н – номинальная частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Следует обратить внимание, что температура заряда в конце сжатия у дизеля должна превышать на 200…400⁰С температуру самовоспламенения дизельного топлива.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Процесс сгорания

Для дизельных двигателей с подводом теплоты при V = const и Р = const это давление главным образом зависит от степени наддува и способа смесеобразования. Задаваясь значением степени повышения давления при сгорании l_р (см. приложение Б)определяем давление в конце сгорания

, (2.14)

где

.

Температуру определяем из уравнения сгорания, которое для четырехтактного дизеля имеет вид:

, (2.15)

где - средняя мольная теплоемкость воздуха при постоянном объеме, ;

- средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении, ;

- коэффициент использования теплоты:

- низшая теплота сгорания топлива (для дизельного топлива ).

Подставляя полученные значения в уравнение сгорания топлива (2.15) получим:

Решая это квадратное уравнение, находим

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.3.4. Процесс расширения

 

Степень предварительного расширения подсчитывается по формуле:

(2.16)

Степень последующего расширения (2.17)

Давление газов в конце процесса расширения определяем по формуле:

(2.18)

где - показатель политропы расширения,который можно вычислить по формуле В.И.Петрова.

.

 

Температура газов в конце расширения:

(2.19)

Оценим правильность выбора значения температуры отработавших газов, сделанной в начале теплового расчёта по формуле:

(2.20)

Относительная ошибка составляет:

Достоверность расчёта рабочего цикла обеспечена, т. к. полученное значение принятого в начале расчёта , отличаются менее чем на .

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2.4. Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД

Среднее теоретическое индикаторное давление для нескругленной индикаторной диаграммы подсчитывается по формуле:

, (2.21)

Действительное среднее индикаторное давление:

,

где - коэффициент скругления индикаторной диаграммы для дизелей

DР = Р_r – Р_а =0,11-0,087=0,023 – потери индикаторного давления на проведение вспомогательных ходов (всасывание и выталкивание).

Среднее давление механических потерь приближенно можно определить по формуле: для дизельных двигателей:

Р_м = 0,105 + 0,012υ_П=0,105+0,012 10,85=0,22 МПа.

где υ_П – скорость поршня (м/с).

Среднее эффективное давление ,

(2.22)

Механический КПД двигателя:

(2.23)

 

Индикаторный КПД двигателя:

(2.24)

 

Эффективный КПД

(2.25)

 

Индикаторный и эффективный - удельные расходы топлива при работе двигателя на номинальном режиме - определяются по формулам:

(2.26)

(2.27)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Часовой расход топлива на номинальном режиме

, кг/ч

где N_eн– номинальная эффективная мощность двигателя в кВт.

Определим рабочий объем цилиндров проектируемого двигателя в литрах

, (2.28)

- эффективная мощность двигателя на номинальном режиме

- коэффициент тактности .

Объем камеры сжатия:

 

. (дм³)

 

Радиус кривошипа:

Длина шатуна:

мм.

Таблица расчетов регуляторной характеристики

			3,3
	260,4		13,2
	271,3	59,7		217,7
	280,5	58,7	12,9	219,8
		56,4	12,8	226,9
		52,8	12,7	240,5

Рассчитываем значения крутящих моментов

(3.1)

где - крутящий момент на номинальном режиме.

(3.2)

при

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Нм

при

Нм

при

Нм

при

Нм

Коэффициент приспособленности дизеля по моменту

Эффективная мощность

при

при

при

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

при

Часовой расход топлива на номинальном режиме

(3.3)

При работе на максимальном скоростном режиме :

, (3.4)

а на режиме :

Значения , при других оборотах коленчатого вала определяем по построенному графику и заносим в таблицу 3.1.

Удельный расход топлива:

(3.5)

при

при

при

при

 

 

От эффективной мощности

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

На графике в принятом масштабе последовательно наносим зависимости (n,M_к,G_Т,g_e)=f(N_e). Все необходимые для их построения данные берутся из таблицы 3.1.

Регуляторная ветвь g_e = f(n) здесь строится в диапазоне (0,4... 1,0) N_e =24..60.

Эксплутационный оценочный удельный расход топлива:

 

где - значение удельного расхода топлива на регуляторной ветви характеристики в диапазоне от 50 до 100% номинальной мощности через равные промежутки; .

 

От крутящего момента

 

Регуляторная характеристика в функции от крутящего момента строится только при тяговом расчете трактора.

На графике в принятом масштабе строятся зависимости (n, N_e, G_Т, g_e) = f(M_к). Данные для построения соответствующих зависимостей берутся из таблицы 3.1.

Регуляторная ветвь g_e = f(n) строится аналогично ее построению на графике регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При подготовке к выполнению курсовой работы мною была изучена предложенная литература и определены основные этапы расчета двигателя.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

При анализе теплового расчета двигателя Д-243 основные параметры соответствуют справочным данным. Незначительное расхождение со справочными данными возникли в таких параметрах как давление и температура в конце процесса сжатия. Отклонение в сторону увеличения на 0,12 получилось в расчетах максимального давления в конце сгорания топлива.

Эти незначительные расхождения в показаниях не повлияли на дальнейшие расчеты показателей и характеристик двигателя Д-243. Последующие расчеты соответствуют справочным.

Учитывая, что к современным автотракторным двигателя предъявляются повышенные требования к устройству, эксплуатации и главное экономическим показателям, для точности расчетов возможно необходимо изменить некоторые предварительные данные. Возможно температура остаточных газов, которая принимается из интервала 750…900 мною была взята неверно, что сказалось на последующих расчетах.

Основные расчеты двигателя мною изложены в пояснительной записке на 24 листах. Графическая часть представлена двумя листами формата А1.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Железко Б.Е., Адамов В.М., Есьман Р.И. Термодинамика, теплопередача и двигатели внутреннего сгорания. – Мн.: Высш. шк., 1985 г.

 

2. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высш. шк. 1980 г.

 

3.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Мельников Д.И. Тракторы. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1990. – 367 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для техникумов).

 

4. Полищук Л.Н. Тракторы и автомобили. Основы теории и расчета автотракторных двигателей – Мозырь: УО «МГПУ им И.П. Шамякина, 2009.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Мозырский государственный педагогический университет

им. И.П. Шамякина»

 

Кафедра машиностроения

и МПМД

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Теория и расчет дизельного двигателя Д-243»

Студент:

ИПФ, 4 курс, 3 группа,

Лещинский Николай

 

Руководитель:

доцент, к.п.н.

Полищук Людмила Николаевна

Мозырь 2011

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ __________________________________________________2

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна_______________4

Выбор размеров и числа цилиндров______________________________4

Выбор камеры сгорания, коэффициента избытка воздуха и степени сжатия ______________________________________________________________6

Обоснование необходимости наддува дизельного двигателя и определение его давления ___________________________________________________6

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ

Параметры рабочего тела ______________________________________7

Параметры окружающей среды и остаточных газов _________________8

Определение параметров рабочего цикла __________________________8

Построение и анализ индикаторной диаграммы ____________________13

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Анализ результатов теплового расчета __________________________15

3. ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ_______________________________________________16

4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец ______19

Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала _____________________________________________________________22

Построение графика тангенциальной силы _______________________23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ _______________________________________________24

ЛИТЕРАТУРА _________________________________________________25

 

ВВЕДЕНИЕ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Сегодня автотракторные двигатели являются технически сложными устройствами. К двигателям в настоящее время предъявляются высокие требования. Они должны обладать приемлемыми мощностями и экономическими показателями, а также достаточной надежностью в работе. Особо важными на сегодняшний момент являются вопросы правильной организации эксплуатации автотракторных двигателей. В век электроники и полной компьютеризации технологических процессов инженер-механик должен в совершенстве владеть вопросами теории проектирования и практики эксплуатации двигателей. Целью данной курсовой работы является систематизация и закрепление имеющихся знаний по основным разделам дисциплины «Основы теории автотракторных двигателей».

При расчетах тепловых и динамических показателях двигателя мы определим основные размеры проектируемого двигателя, индикаторные параметры рабочего цикла, КПД и экономичность, силы и моменты, нагружающие детали кривошипно-шатунного механизма и определим требуемый момент инерции маховика, а также определим параметры внешней характеристики двигателя.

Номинальная мощность двигателя в задании Nе принята равной мощности Nn, определенной по данным теплового расчета автомобиля в зависимости от массы, теплового усилия, скорости движения, условий движения, КПД трансмиссии и допускаемой степени загрузки двигателя.

Грузоподъемность нашего автомобиля, судя по исходным данным мощности (Nе=60 кВт), большая. Для расчетов принимаем дизельный тип двигателя. Двигатель Д-243 является четырехтактным. Цилиндры расположены рядно, номинальная мощность Nе=60 кВт при n_н=2200 мин^-1, система охлаждения – жидкостная.

Графическая часть работы представлена графиками динамического расчета двигателя, индикаторной диаграммой двигателя, которые отражены на двух листах формата А-1.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1.1. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна .

Для современных автотракторных двигателей составляет в пределах от 0,21 до 0,30. Принимаем соотношение радиуса кривошипа к длине шатуна равное 0,28. Выбираем это значение, т. к. для быстроходных двигателей обычно применяются длинные шатуны (значения λ малы), для тракторных – относительно короткие.

Следует учитывать, что с увеличением повышается вероятность задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра. Это ведёт за собой дополнительные нагрузки: увеличивается давление на стенку цилиндра, повышаются потери мощности на трение, тем самым ускоряется изнашивание цилиндров и поршней; силы инерции второго порядка возрастают, что способствует изнашиванию деталей двигателя; уменьшается габаритная высота, масса шатуна и двигателя.