Автомобили и тракторы

Рассчитываем  значения крутящих моментов

     (3.1)

где - крутящий момент на номинальном режиме.

                                                     (3.2)

при

Нм

при

Нм

при

Нм

при

Нм

Коэффициент приспособленности дизеля по моменту

Эффективная мощность

при

при

при

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

 

 

 

 

 

 

3.1.2. Построение регуляторной характеристики в функции

от эффективной мощности

 

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; .

 

3.1.3. Построение регуляторной характеристики  в функции

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.

 

 

4. Динамический расчёт  двигателя 

 

4.1. Определение сил, действующих  на поршень и поршневой палец

 

Сила давления газов определяется по формуле:

                           (4.1)

где   - текущее значение давление газов по индикаторной диаграмме, .

- диаметр цилиндра, .

Справа  от свернутой диаграммы изображаем оси развернутой диаграммы. При этом ось абсцисс развернутой диаграммы смещаем вверх по вертикали относительно оси абсцисс свернутой диаграммы на величину атмосферного давления Р₀.

Отрезок V_h, представляющий рабочий объем цилиндра и в то же время в соответствующем масштабе ход поршня, делим пополам и радиусом, равным половине V_h, описываем полуокружность из точки Ц. Вправо от точки Ц откладываем отрезок ЦБ (л), равный =

Из точки Б – полюса Брикса – произвольным радиусом описываем вспомогательную полуокружность и делим ее на 6 частей (через 30°). Из полюса Брикса через деления вспомогательной полуокружности проводим лучи до пересечения с основной полуокружностью.

Точки пересечений сносим (проецируем) на перпендикуляры, восстановленные к оси абсцисс развернутой диаграммы из точек, соответствующих углам поворота кривошипа коленчатого вала.

Кривая, проведенная через полученные точки, является развернутой индикаторной диаграммой за рабочий цикл.

Например, при МПа    

Сила инерции  возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма:

,                                               (4.2)

где - сила инерции первого порядка, период изменения которой равен одному обороту коленчатого вала ;

- сила инерции второго порядка,  период изменения которой равен  половине оборота коленчатого  вала, т. е. .

С учётом правила  знаков

                         (4.3)

Входящая  в уравнение масса  движущихся возвратно-поступательно деталей КШМ, может быть при ориентировочных расчётах представлена суммой , где - масса поршневого комплекта , а - масса шатуна .

Значит и принимаем, ориентируясь табличными данными [4, стр.57] в зависимости от диаметра цилиндра .

Так как  и согласно таблице , то выбираем .

Угловая частота  вращения коленчатого вала берётся  при номинальном скоростном режиме двигателя, т. е.

               (4.4)

Радиус кривошипа  пример расчёта , при .

Результаты  расчета удельных сил инерции  заносим в таблицу 4.1:

Таблица 4.1

Угол поворота α, град	cosα + λcos2α	Pj, Н	Угол поворота α, град
0	1,28	-41195	360
30	1,006	-32378	330
60	0,36	-11586	300
90	-0,28	9011	270
120	-0,64	20597	240
150	-0,73	23494	210
180	-0,72	23172	180

Суммарная удельная сила, действующая на поршень, определяется как алгебраическая сумма сил, соответствующих  углам поворота коленчатого вала:

P_рез = P_г+ P_j.

Например, при  ⁰:

Силы инерции  от вращательно движущихся масс (Н)

Р_s = -m_шк·R·ω²·10^-6,

где m_шк = 0,725m_ш = 0,725·8 = 5,8.

Р_s = -5,8·0,074·(230,3)²·10^-6 = -0,0023 Н.

Результаты  расчёта сил  и сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Результаты  динамического расчёта

, град	Силы,
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0	-350	-50145	-11032	-61177	-67527	0	-67527	-67527	-35469	32058
30	187	-43124	-5516	-48640	-48453	-28981	-39439	-48748		80318
60	187	-25072	5516	-19556	-19369	-18685	-6441	-19764		45886
90	187	0	-11032	-11032	-10845	-10906	2457	-11180		34766
120	187	-25072	5516	-19556	-19369	-14920	12961	-9764		27004
150	187	-32092	7722	-24370	-24183	-9814	22368	-24427		16369
180	187	50145	11032	61177	61364	0	-61364	61364		96833
210	241,8	-32092	7722	-24370	-24128,2	9792	22317	-24371		16396
240	582,3	-25072	5516	-19556	-18973,3	14615	12696	-19360		27059
270	1578,9	0	-11032	-11032	-9453,1	9506	2142	-9745		34656
300	4081,2	-25072	5516	-19556	-15474,8	14927	-5145	-15789		43270
330	22782,4	-43124	-5516	-48640	-25857,6	15455	-21046	-26118		58590
360	53128	-50145	-11032	-61177	-8049	0	-8049	-8049		43518
375	77000	-50145	-9487	-59632	17368	5496	16660	17543		19576
390	62388,7	-25072	5516	-30558	31830,7	19038	25908	32151		21303
420	23143,1	-37608	-5516	-43124	-19980,9	-19274	-6644	-20387		46314
450	11873	0	-11032	-11032	841	845	-190	867		35669
480	6711,8	25072	5516	30588	37267,8	28708	-24938	38027		66881
510	2017,9	43124	5516	48640	50657,9	20558	-46856	51168		84853
540	1782,7	50145	11032	61177	62959,7	0	-62959	62959		98428
570	500	43124	5516	48640	49140	-19546	-45453	49636		83249
1	2	3	4	5	6	7	8	9		10
600	187	25072	5516	30588	30775	-23707	-20583	31403		60869
630	187	0	-11032	-11032	-10845	10906	2457	-11077		34776
660	187	-25072	5516	-30588	-30401	29327	-10109	-31021		54198
690	187	-43124	-9928	-53052	-52865	31620	-43030	-53398		84628
720	-298	-50145	11032	-61177	-61475	0	-61475	-614475		96944

Силы  и определить необходимо и графически. Для этого из общего центра О проводим две полуокружности. Одна радиусом , в масштабе и другую радиусом . Проводим ряд лучей под углами и т. д. к вертикали. Вертикальные проекции отрезков лучей, пересекающих первую окружность, дают в принятом масштабе значении сил , а проекции тех же лучей, пересекающих вторую окружность при соответствующих углах поворота коленчатого вала, дают значения сил , при углах поворота соответственно вдвое меньших.

Проводим  через центр О горизонтальную прямую и откладываем на ней значения углов поворота коленчатого вала за рабочий цикл .

По точкам пересечения указанных проекций с ординатами, проходящими через  соответствующие значения углов  на оси абсцисс, строим кривые и а затем суммируем ординаты кривых, получаем кривую результирующей силы инерции .

 

 

4.2. Определение сил, действующих  на шатунную шейку коленчатого  вала

 

На шатунную шейку действуют две силы: направленная по шатуну , как составляющая силы , приложенная к поршневому пальцу; центробежная сила инерции , создаваемая редуцированной к кривошипу частью массы шатуна.

Геометрическая  сумма  и дает результирующую силу , действующую на шатунную шейку от одного цилиндра.

Силы  и рассчитываются по следующим формулам:

                                                (4.5)

                           (4.6)

где - угол отклонения оси шатена от оси цилиндра при повороте коленчатого вала на угол ; ; с учетом правила знаков.

Силу  раскладываем на две составляющие: силу , направленную по радиусу кривошипа, и тангенциальную силу , перпендикулярную радиусу кривошипа:

                                    (4.7)

                                    (4.8)

Например, при  .

Значения и принимаются по таблице [4, стр.43].

Аналогично, при 

Тогда при 

Сила  подсчитывается по формуле

                                 (4.9)

при

По результатам  расчетов строится график суммарной  силы нагружающей шатунную шейку.

 

4.3. Расчет момента инерции и параметров маховика

 

Строим график тангенциальной силы действующей на шатунную шейку коленчатого вала от одного цилиндра за рабочий цикл.

Определяем  среднюю ординату:

где - суммарная площадь всех участков диаграммы, расположенных над осью абсцисс,

- под осью абсцисс, 

- длина диаграммы в

Так как  то

Так как у  нас многоцилиндровый двигатель  то необходимо строить график суммарной тангенциальной силы, приложенной к коленчатому валу от всех цилиндров. На график тонкими линиями наносятся графики тангенциальных сил четырех цилиндров, смещенные по оси абсцисс на (при порядке работы цилиндров [4, стр. 44]). Ординаты обоих графиков алгебраически складываются и строится кривая суммарной тангенциальной силы левого и правого цилиндров действующих на одну шейку коленчатого вала.

5. техническая характеристика двигателя

 

Таблица 5.1 – Технические характеристики проектируемого двигателя

и двигателя-прототипа

№ п./п.	Показатели	Двигатель
		проектируемый	прототип
1	Марка	ЯМЗ 8481.04	Д-243
2	Номинальная мощность, кВт	308,8	60
3	Номинальная частота вращения, мин-1	2000	2200
4	Степень сжатия	16,0	16,0
5	Число цилиндров	8	8
6	Диаметр цилиндра, мм	120	110
7	Ход поршня, мм	148	125
8	Литраж двигателя, л	2,260	4,75
9	Литровая мощность, кВт/л	7,66	8
10	Порядок работы цилиндров	1-3-4-2 (1-2-3-4)	1-3-4-2 (1-2-3-4)
11	Способ смесеобразования	внутреннее	внутреннее
12	Часовой расход топлива, кг/ч	69	16
13	Удельный эффективный расход топлива, г/кВтч	228,6	220
14	Марка топлива	ДТ	ДТ