Автомобили и тракторы

СОДЕРЖАНИЕ

 

     ВВЕДЕНИЕ  __________________________________________________2

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ
2. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна_______________4
3. Выбор размеров и числа цилиндров______________________________4
4. Выбор камеры сгорания, коэффициента избытка воздуха и степени сжатия ______________________________________________________________6
5. Обоснование необходимости наддува дизельного двигателя и определение его давления ___________________________________________________6
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ
1. Параметры рабочего тела ______________________________________7
1. Параметры окружающей среды и остаточных газов _________________8
1. Определение параметров рабочего цикла __________________________8
1. Построение и анализ индикаторной диаграммы ____________________13

Анализ результатов теплового расчета __________________________15

3. ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК  ДВИГАТЕЛЯ_______________________________________________16
4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
1. Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец ______19
1. Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала  _____________________________________________________________22
1. Построение графика тангенциальной силы  _______________________23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ   _______________________________________________24

ЛИТЕРАТУРА  _________________________________________________25          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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=308,8 кВт), очень большая. Для расчетов принимаем дизельный тип двигателя. Двигатель ЯМЗ 8481.04 является четырехтактным. Цилиндры расположены рядно, номинальная мощность Nе=308,8 кВт при n_н=2000 мин^-1, система охлаждения – жидкостная.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

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 0,22. 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. 

 

1.2. Выбор размеров и числа цилиндров

       

        Диапазон возможного изменения диаметра цилиндра можно определить, используя зависимость D=f(п_н) для существующих моделей двигателя на рис. 1.1. [4, стр.12].

При известных  типах двигателя и частоте  вращения определяем диапазон предпочтительного  диаметра цилиндра. На графике видно, что диапазон возможного диаметра цилиндра 120…140, при частоте вращения коленчатого вала . Принимаем значение D=120 мм. Назначив стандартный D, по соотношению 1 определяем ход поршня S (расстояние по оси цилиндра между мёртвыми точками) и ориентировочно среднюю скорость поршня.  

Среднюю скорость поршня определяем по формуле:                                                                                 

(1.1)

Следует помнить, что  является показателем тепловой напряжённости и динамической нагруженности деталей двигателя и существенное её повышение (выше значений, указанных в табл. 1.1.) нежелательно.

 

 

 

Таблица 1.1.

Основные  параметры современных автотракторных двигателей

Тип  двигателя	Карбюраторные двигатели грузовых автомобилей	Дизели с неразделёнными камерами сгорания	Дизели с разделёнными камерами сгорания
Степень сжатия,	6…10	14…17	17…21
Среднее эффективное давление	0,65…0,90	0,65…1,20	0,50…0,80
Номинальная частота вращения	3000…4000	1800…2400	1500…2000
Средняя скорость поршня	8…15	9…11	9…11
Литровая мощность	15…33	11…18	7,5…15
Удельный эффективный расход топлива	310…315	210…235	240…280

 

По заданным номинальной мощности , частоте вращения коленчатого вала , оценённым размером цилиндра определяем их число .

Число цилиндров  в свою очередь определяется уровнем  форсирования двигателя по мощности, т. е. литровой мощностью.

Для определения  литровой мощности   целесообразно использовать графики N_ел= f(D) (рисунок 1.2) [4, стр.14].Согласно графику пределы литровой мощности находятся в интервале .

Устанавливаем цилиндровую мощность: , где   - рабочий объём цилиндра. Рабочий объём цилиндра, это объём цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении отв.м.т. к н.м.т.

                                  (1.2)

Значение D и S принимаем в дм.

 Требуемое  число цилиндров определяем по  формуле:

       (1.3)

 

Полученное  значение округляем до целого числа, однако учитывая, что значение должно быть чётным. Принимаем .

Необходимо  уточнить значение литровой мощности по формуле:

   (1.4)

 

1.3. Выбор камеры сгорания, коэффициента  избытка воздуха и степени  сжатия 

 

В настоящее  время в тракторных дизелях используются преимущественно неразделенные  камеры сгорания с непосредственным впрыском и объемно-пленочным смесеобразованием. Дизели с такими камерами сгорания имеют высокую экономичность  и широкие возможности для  форсирования по среднему эффективному давлению.

Коэффициент избытка воздуха  определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя.

 Для  номинального режима работы дизелей  без наддува с непосредственным  впрыском  Степень сжатия для дизелей рекомендуется выбирать в следующих пределах .Выбираем из этих интервалов: ,  _.

 

1.4. Обоснование необходимости наддува  дизельного двигателя и определение  его давления

 

Принятые  в п. 1.2. значения литровой мощности двигателя предопределяют уровень  среднего эффективного давления

,       (1.5)

где - тактность двигателя (для четырёхтактных двигателей ).

Предварительно  приняв , можно определить , требуемую для реализации .

       (1.7)

По известному значению можно определить требуемое давление наддува

,         (1.8)

где - давление окружающей среды (P_o=0,1 МПа);

- плотность атмосферного воздуха ( ,) ;

- показатель политропы сжатия в компрессоре, зависящий от его типа и степени совершенства протекающего в нём процесса .

.

Учитывая, что  при 293К плотность воздуха  , определяем, что наддув для данного двигателя не требуется, т.к. входит в интервал 0,1…0,14.

 

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

 

2.1. 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 .

Действительное  количество воздуха, необходимое для  сгорания 1 кг топлива

L = aL₀ , кмоль/кг топлива,

где a – коэффициент избытка воздуха.

, кмоль/кг топлива.

Количество  свежего заряда

,  (2.3)

Общее количество продуктов сгорания

          (2.4)

.

Химический  коэффициент молекулярного изменения  горючей смеси

 

   (2.5)

.

 

2.2. Параметры окружающей  среды и остаточных газов

 

Атмосферные условия для расчетов, принимаются  следующие: Давление остаточных газов для дизелей без наддува МПа.

Температура остаточных газов принимаем из интервала

 

2.3. Определение параметров рабочего цикла

 

2.3.1.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,

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

 

Коэффициент остаточных газов

                       (2.8)

.