Расчет основных показателей работы двигателя. Построение и анализ скоростной характеристики

1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ  РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ.

ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Расчет основных показателей работы двигателя производится для следующих скоростных режимов:

- режим номинальной мощности ;

- режим максимального крутящего момента;

- режим максимальной частоты  вращения холостого хода (для дизелей).

 

1.1. Режим номинальной мощности

 

Частота вращения коленчатого вала двигателя , , при номинальной

мощности:

 

где - средняя скорость поршня,

 - ход поршня, м.

Полученное значение частоты вращения коленчатого вала округляют до ближайшего числа с двумя последними нулями.

 

Тогда крутящий момент , , при номинальной мощности:

 

Механические потери части индикаторного давления в двигателе, МПа, которые расходуются на трение, привод вспомогательных агрегатов и газообмен, определяются по формуле:

 

Мощность условных механических потерь , кВт:

 

где = 4 - тактность двигателя;

- рабочий объем (литраж) двигателя, л.

Рабочий объем одного цилиндра , л, можно определить как

 

В этой формуле диаметр цилиндра и ход поршня должны быть выражены в дециметрах, поскольку рабочий объем измеряется в литрах.

Общий рабочий объем двигателя (литраж двигателя):

 

где I - число цилиндров.

Индикаторная мощность, кВт;

 

Механический КПД двигателя.'

 

Массовый расход топлива , г/с, при заданных и :

 

Эффективный КПД двигателя;

 

 

1.2. Режим максимального крутящего  момента

 

Максимальный крутящий момент , Н*м, при заданном значении :

 

Эффективная мощность, кВт, при :

 

где - частота вращения коленчатого вала при   (принимается по технической характеристике двигателя).

Удельный расход топлива , г/кВт*ч, при максимальном крутящем моменте:

 

Остальные показатели для режима максимального крутящего момента (мощность механических потерь , индикаторная мощность , механический КПД двигателя , массовый расход топлива , эффективный КПД двигателя ) рассчитываются так же, как и для режима номинальной мощности.

1.3. Режим максимальной частоты вращения  холостого хода

 

 Максимальная частота вращения холостого хода Il мин, определяется выражением:

 

где - степень неравномерности регулятора.

 

Массовый расход топлива , г/с, при максимальной частоте вращения холостого хода:

 

Результаты расчетов сведите в таблицу 1.1,

Таблица 1.1. Основные показатели работы двигателя Д-442

Показатели	Размерность	Значение при частоте вращения коленчатого вала
	Н*м	700	955	0
	кВт	110	110	110
	МПа	0,174	0,174	0,174
	кВт	16,16	11,85	17,3
	кВт	126,16	121,85	127,3
	г/с	6,7	6,7	1,7
	г/(кВт*ч)	220	220	220
		0,38	0,38	0

 

Рассчитайте удельные показатели двигателя, используя данные таблицы 1.2.

Таблица 1.2. Удельные показатели двигателя

Показатели	Значение
Литровая мощность, кВт/л
Удельная масса двигателя, кг/кВт
Литровая масса, кг/л

 

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ CHCTEM ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Расчет системы смазки

 

Для заданного двигателя определите число секций масляного насоса, число и тип фильтров, их расположение в схеме, наличие масляного радиатора, расположение и число гидравлических клапанов. На листе формата А4 вычертите гидравлическую схему системы смазки, руководствуясь требованиями ГОСТ 2.704- 68. В качестве примера на рис. 2.1 представлена схема системы смазки одного из двигателей.

Расчет системы смазки заключается в определении конструктивных характеристик масляного насоса, фильтра, радиатора, подшипников скольжения и магистрали.

 

2.1.1. Определение вместимости системы смазки

 

Исходной величиной для расчета элементов системы смазки является циркуляционный расход масла в системе , величину которого определяют по количеству теплоты , Дж/с, отводимом маслом от двигателя.

Количество теплоты , Дж/с, отводимой маслом от двигателя:

 

 

где - низшая теплотворная способность топлива ( для дизельного топлива)

- массовый расход топлива  при работе в режиме номинальной  мощности, г/с.

Подача основной секции масляного насоса:

 

где = 900 -- плотность моторного масла;

= 2094 Дж/(кг*К) -- средняя удельная теплоемкость масла;

= (10...15) К - температура нагрева масла в двигателе.

Для стабилизации давления масла в системе двигателя циркуляционный расход масла должен быть увеличен в два раза, то есть

Объем масла в системе для уменьшения массы двигателя должен быть по возможности малым, HO достаточным для заполнения всей системы, Начинания деталей и стенок картера и создания запаса компенсирующего расход масла между заправками двигателя.

Вместимость системы смазки с мокрым картером определяют из условия;

 

где - удельная емкость системы смазки (для дизелей q = 0,14...0,31 л/кВт).

 

 

 

2.1.2. Расчет масляного насоса.

 

По числу секций масляные насосы бывают односекционные и многосекционным. Расчет масляного насоса заключается в определении размеров его шестерен. Расчетную производительность основной секции масляного насоса , , определяют по циркуляционному расходу с учетом утечек через торцевые и радиальные зазоры:

 

где = 0,6-08 - объемный коэффициент подачи.

Расчетная производительность шестеренчатого насоса при высоте зуба

и

Задавшись значениями можно определить длину зуба шестерни

насоса b,м:

 

где - модуль зацепления, м;

Z = (6...12) - число зубьев шестерни;

, - частота вращения шестерни насоса, .

Частота вращения шестерни насоса :

 

где - окружная скорость вращения шестерни на внешнем диаметре, м/с.

Окружную скорость вращения на внешнем диаметре выбирают из  условия . Обычно она не превышает (8...10) м/с.

Мощность , кВт, затрачиваемая на привод односекционного масляного

насоса или основной секции многосекционного масляного насоса.

 

где - рабочее давление масла в системе (для дизелей = 0,3-О,7 МПа);

- механический КПД насоса.

Масляный насос имеет радиаторную секции то их расчетную производительность выбирают из условий:

радиаторной

Затраты мощности на привод дополнительной или радиаторной секции рассчитывают при давлении открытия перепускного клапана .

 

Удельные затраты мощности , %, на привод масляного насоса.

 

 

2.1.3. Расчет масляного радиатора

 

Радиатор служит для охлаждения масла, циркулирующего в системе. На автотракторных двигателях устанавливают в основном воздушно-масляные или водомасляные теплообменники.

Основной расчетной величиной является площадь поверхности охлаждения радиатора

 

где - коэффициент теплопередачи от масла к окружающей среде (для

гладких трубок

  -- средняя температура масла в радиаторе;

- средняя температура проходящей-о через радиатор воздуха.

 

2.1.4. Выбор моторного масла

 

Учитывая назначение и степень форсирования двигателя, выбираем для эксплуатации двигателя в зимнее и летнее время года, а также для всесезонной эксплуатации моторное масло марки

Затем определите минимальную температуру окружающей среды , при опорой возможен запуск двигателя без предварительного прогрева из условия

 

где - температура застывания моторного масла, .

 

 

2.2. Расчет системы охлаждения

 

Для заданного двигателя приведите принципиальную схему системы охлаждения. Произведите расчет системы охлаждения заданного двигателя.

 

2.2.1. Расчет системы жидкостного охлаждения

 

Расчет системы жидкостного охлаждения сводится к определению основных размеров поверхности охлаждения радиатора, подбору водяного насоса и вентилятора.

Расчет основных конструкционных элементов системы охлаждения проводится, исходя из количества отводимой от двигателя теплоты , Дж/с, на номинальном режиме, которое определяют из уравнения теплового баланса или по формуле:

 

где - удельное количество отводимой теплоты.

На основании опытных данных принимают для бензиновых двигателей для дизелей

Вместимость системы охлаждения принимают на основе соотношения

 

где - удельная емкость системы (для с/х тракторов ).

 

2.2.2. Расчет радиатора жидкостной системой осаждения

 

Расчет радиатора сводится к определению площади поверхности охлаждения для передачи теплоты от охлаждающей жидкости к окружающему воздуху Основные параметры радиатора: площадь поверхности охлаждения , фронтальная поверхность радиатора , глубина радиатора, то есть расстояние ме жду'передней и задней стенками его решетки.

Площадь поверхности охлаждения радиатора , определяют из выражения:

 

Где k- коэффициент теплопередачи (для дизелей );

- соответственно средние  значения температуры охлаждающей  жидкости в радиаторе и температуры  воздуха, проходящего через радиатор (для тракторных и автомобильных  двигателей =358-365 К; = 323- 328 К).

Необходимая массовая подача жидкости через радиатор , кг/с:

 

где - теплоемкость охлаждающей жидкости (= 4187 Дж/(кг*К) - для воды; = 2093 Дж/(кг*К) - для антифриза);

= (6...12) К -- температурный  перепад жидкости в радиаторе.

Необходимая подача воздуха через радиатор ,, (производительность вентилятора):

 

Где = 1005 Дж/(кг*к) - средняя теплоемкость воздуха;

= (20.. 30) К - температурный перепад воздуха в решетке радиатора

 - плотность воздуха, проходящего через радиатор

Фронтальная площадь поверхности решетки радиатора выполненная в виде квадрата для получения коэффициента обдува, равного единице

 

Где = 16-24 м/с - скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения машины.

Глубину радиатора  , определяют из соотношения;

 

Где - объемный коэффициент компактности радиатора.

 

2.2.3. Расчет насоса охлаждающей жидкости

 

Охлаждающая жидкость в системе циркулирует, как правило, с помощью

центробежных насосов с односторонним подводом жидкости.

Расчетную подачу насоса , определяют по формуле:

 

 

где - плотность жидкости, (для воды = 1000 , для антифриза = 1075 );

= 0,8-0,9 - объемный КПД насоса.

Мощность, затрачиваемая на привод насоса охлаждающей жидкости , кВт:

 

Где H =(60...100) Па - напор, создаваемый насосом;

= 0,6-0,7 -- гидравлический КПД  насоса;

= 0,7-0,9 -- механический КПД  насоса,

 

2.2.4. Подбор вентилятора

 

Диаметр осевого вентилятора , м, при квадратной фронтальной поверхности радиатора определится как:

 

Мощность .кВт, затрачиваемая на привод вентилятора.

 

Где = 600-1000 Па - сопротивление воздушного тракта;

 - КПД вентилятора (для клепаных 0,3-0,4; для литых 0,6-0,7).

Частота вращения вентилятора , должна быть в пределах  и может быть рассчитана при известной окружной скорости

 

где = 70-100 м/с - окружная скорость лопастей вентилятора.

Число лопастей вентилятора , находят по формуле

 

где R,r - наружный и внутренний радиусы вентилятора, м (r принимается в пределах 0,04-0,08 м);

= 0,08-0,12 м -, ширина лопасти;

= 0,4-0,7 - коэффициент, Учитывающий сопРотивление потокУ воздуха при выходе его из-под капота двигателя;

 - угол наклона лопасти вентилятора к направлению воздушного потока.

 

2.2.5. Удельные затраты на функционирование системы охлаждения

 

Удельные затраты на функционирование системы жидкостного охлаждения,%, определяются по формуле

 

 

2З. Расчет элементов топливной системы дизеля

 

Расчет системы топливоподачи автотракторных дизелей сводится к определению основных конструкционных параметров топливного насоса высокого давления (его диаметра и хода плунжера), диаметра соплового отверстия распылителя форсунки, а также регулировочных параметров топливной системы.

 

2.3.1. Определение параметров топливного  насоса

 

Конструкционные параметры топливного насоса высокого давления (ТНВД) зависят от цикловой подачи топлива , мг/ц, определяемой по заданной или расчетной эффективной мощности, расходу топлива , частоте вращения коленчатого вала на номинальном режиме ;

 

где - расход топлива на номинальном режиме, г/с;

 = 4 тактность двигателя;

- число цилиндров.

 

Объемная подача топлива , , определяется выражением

 

Где - плотность дизельного топлива.

Теоретическая подача секции топливного нacoca , соответствующая геометрической, должна быть больше цикловой на величину утечек и сжатия топлива;

 

где = 0,7-0,9 - коэффициент, учитывающий влияние на подачу указанных выше факторов.

Полную производительность секции топливного насоса у с учетом перепуска части топлива и дополнительным расходом на режимах перегрузки и пуска определяют из условия

 

Это количество топлива должно быть равно объему , соответствующему полному ходу плунжера:

 

Задавшись отношением , определяют диаметр плунжера, мм

 

Полных ход плунжера ,мм

 

Основные параметры топливного насоса должны быть скорректированы с учетом типоразмерного ряда, принятого по ГОСТ 10578-74.

Диаметр плунжера (мм); 8 мм

Ход плунжера (мм); 10 мм

При выбранном диаметре плунжера рассчитывают его активный ход

 

Для работы дизеля с перегрузкой и компенсации износа плунжерной пары обычно предусматривают возможность увеличения активного хода плунжера на 20-30 %.