Расчет двигателя внутреннего сгорания Д-245 - Курсовая работа

Определяем давление и температуру остаточных газов: Рк = (1,2… 2,5)·ро = 1,7·0,1 = 0,17 МПА. Определяем давление и температуру остаточных газов pr = (0,75… 0,95) рк = 0,85·0,17 = 0,145 МПА. Определяем потери давления на впуске в двигатель по формуле: . Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов): , (1.13) Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания: Мс = М1 Mr = 0,752 0,024 = 0,776 кмоль.

Расчетно-графическая работа необходима для закрепления теоретических знаний получение опыта расчета двигателей.

В пояснительной записке приводятся расчеты двигателя Д-245: тепловой расчет, динамический и кинематические расчеты, проведено уравновешивание двигателя. В графической части помещены: свернутая и развернутая индикаторные диаграммы, графики перемещения скорости и ускорения поршня от угла поворота коленчатого вала, графики сил действующих на КШМ.

1. Тепловой расчет дизеля без наддува

Исходные данные: - тип двигателя - Д-245, четырехтактный, четырехцилиндровый, рядный, с наддувом;

- частота вращения коленчатого вала п = 1750 мин-1;

- степень сжатия е = 15,1;

- эффективная мощность Ne = 64 КВТ;

- коэффициент избытка воздуха ? = 1,5;

- давление наддува рк = 1,52 МПА;

- вид топлива - дизельное топливо «Л» ГОСТ 305-82, средний элементарный состав: С = 85,7%, Н = 13,3%, О = 1%. Низшая расчетная теплота сгорания топлива QH - 42500 КДЖ/кг.

Параметры рабочего тела

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания

1 кг топлива по формуле (1.1) и (1.2)

, (1.1)

, (1.2) где ?B = 28,96 - для воздуха

Определяем количество свежего заряда

. (1.3)

Определяем общее количество продуктов сгорания

. (1.4)

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем атмосферные условия: p0 = 0,1 МПА, То = 288 К.

Определяем давление и температуру остаточных газов: Рк = (1,2… 2,5)·ро = 1,7·0,1 = 0,17 МПА.

Определяем температуру воздуха за компрессором

, где nk - показатель политропы сжатия в компрессоре nk=1,65.

Определяем давление и температуру остаточных газов pr = (0,75… 0,95) рк = 0,85·0,17 = 0,145 МПА.

Принимаем Tr = 800 К.

Процесс впуска

Принимаем температуру подогрева свежего заряда ?t = 30°.

Определяем плотность заряда на впуске по формуле:

, (1.5) где RB = 287 Дж/кг-град - удельная газовая постоянная для воздуха.

.

Определяем потери давления на впуске в двигатель по формуле: . (1.6)

В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент (?2 ?вп)=3,3, а скорость движения заряда ?вп = 90 м/с.

.

Определяем давление в конце впуска: ра = рк - ?ра = 0,17 - 0,023 = 0,147 МПА, (1.7)

Определяем коэффициент остаточных газов

. (1.8)

Определяем температуру в конце впуска: . (1.9)

.

Определяем коэффициент наполнения: , (1.10)

.

Процесс сжатия

Определяем показатель адиабаты сжатия к1 в функции ? и Та, по номограмме: k1 = 1,362.

Определяем показатель политропы сжатия n, в зависимости от к1, который устанавливается в пределах: n1 = (k1 0,02)… (k1 - 0,02) = 1,36.

Определяем давление в конце сжатия: . (1.11)

Определяем температуру в конце сжатия: . (1.12)

Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов): , (1.13)

Определяем число молей остаточных газов:

(1.14)

Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания: Мс = М1 Mr = 0,752 0,024 = 0,776 кмоль. (1.15)

Процесс сгорания

Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в дизеле при постоянном давлении, при а>1

(1.16)

.

Определяем число молей газов после сгорания: Mz = М2 Mr = 0,790 0,024 = 0,814. (1.17)

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси: . (1.18)

Принимаем коэффициент использования теплоты ? = 0,8.

Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz"z индикаторной диаграммы при сгорании 1 кг топлива определится, как: Q = ?·QH = 0,85 ·42500 = 36125 КДЖ/кг.

Принимаем степень повышения давления ? = 1,7.

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания

, (1.19)

Подставляем имеющиеся значения величин, решаем полученное квадратное уравнение относительно Tz: , , .

Определяем давление в конце процесса сгорания: pz = рс·? = 5,90·1,7 = 10,03 МПА.

Определяем степень предварительного расширения:

(1.20)

Процесс расширения

Определяем степень последующего расширения:

(1.21)

Показатель политропы расширения для дизеля определяем по номограмме учитывая, что его значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения к2: k2 = 1,29, n2 = k2 = 1,29.

Определяем давление процесса расширения: . (1.22)

Определяем температуру процесса расширения: . (1.23)

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5% для номинального скоростного режима): , (1.24)

.

Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля

Определяем среднее индикаторное давление цикла для не-скругленной индикаторной диаграммы по формуле:

(1.25)

= .

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ? = 0,92.

Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:

(1.26)

Определяем индикаторный КПД: . (1.27)

Определяем индикаторный удельный расход топлива: . (1.28)

Эффективные показатели дизеля

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня Wn.cp = 10 м/с

Определяем среднее давление механических потерь: PM = a b ·Wncp = 0,089 0,0118 · 10 = 0,207 МПА. (1.29)

Определяем среднее эффективное давление:

ре = рі - рм = 0,95 - 0,207 = 0,743 МПА. (1.30)

Определяем механический КПД: . (1.31)

Определяем эффективный КПД: . (1.32)

Определяем эффективный удельный расход топлива: , (1.33)

.

Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра по формуле (1.33): , (1.34) где ?дв - тактность двигателя;

Ne - эффективная мощность;

pe - среднее эффективное давление;

i - число цилиндров;

n - частота вращения.

Выбираем значение

Определяем диаметр цилиндра

, (1.35)

Определяем ход поршня S = D ·?= 110 ·1,136 =125 мм, (1.36)

Определяем площадь поршня

(1.37)

Определяем рабочий объем цилиндра

, (1.38)

Определяем среднюю скорость поршня

, (1.39)

Определяем значение эффективной расчетной мощности

, (1.40)

Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением

2. Построение индикаторных диаграмм

Свернутую диаграмму работы двигателя строим в масштабе в прямоугольных координатах по данным теплового расчета. Для этого находим давление в цилиндре при различных перемещениях поршня через 10 мм по формуле (2.1) для политропы сжатия, и по формуле (2.2) для политропы расширения: , (2.1)

, (2.2) где Sc - высота камеры сжатия, определяется по выражению (2.3)

, (2.3)

Абсциссу точки z определяем по уравнению (2.4)

, (2.4)

.

Таблица 1 - Расчетные данные для построения диаграммы

Sx, мм Px, МПА сжатие Px, МПА расширение

12,5 1,82 4,72

25 0,97 2,69

37,5 0,63 1,83

50 0,46 1,36

62,5 0,35 1,08

75 0,28 0,88

87,5 0,23 0,75

100 0,20 0,64

112,5 0,17 0,56

125 0,15 0,50

Масштаб давления ?p = 0,07 МПА/мм, масштаб перемещения ?s = 1 мм S/мм.

3. Динамический расчет двигателя

Определяем массы движущихся частей КШМ по формуле (3.1)

, (3.1) где m’ - конструктивная масса детали. Отнесенная к площади поршня, кг/м2;

Fn - площадь поршня, м2.

Масса частей, движущихся возвратно-поступательно: mj = mn мшп, (3.2) где мшп - масса шатуна, приведенная к поршню, МШП=(0,2..0, З) ·мш (3.3)

Масса вращающихся деталей: MR = MK мшк, (3.4) где мшк - масса шатуна, приведенная к коленчатому валу, мшк = (0,7…0,8) ·мш, (3.5) mn = 262,5 ·0,0095 = 2,495 кг тш = 362,5 ·0,0095 = 3,445 кг тшп = 0,25 ·3,445 = 0,861 кг mj = 2,495 0,861 = 3,356 кг

MK = 350 ·0,0095 = 3,326 кг тшк = 0,75 ·3,445 = 2,584 кг

MR = 3,326 2,584 = 5,910 кг

Определяем силы действующие в КШМ, Н: - силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Pj = - mj ·R ·?2 ·(cos? ? ·cos2?), (3.6);

- центробежной силы инерции вращающихся масс

KR = - MR ·R ·?2 (3.7)

- силы инерции вращающихся масс шатуна

Kr.ш = - мшк ·R ·?2 (3.8)

- суммарной силы, действующей на поршень

P? = Pr Pj, (3.9);

- боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра

N = P - tg?, (3.10);

- силы, действующей вдоль шатуна

, (3.11);

- нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа

, (3.12);

- тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа

, (3.13)

Расчет всех действующих сил проводим через 20° поворота коленчатого вала, а данные заносим в таблицу 2. По рассчитанным данным строим графики изменения сил, в зависимости от угла поворота коленвала.

Таблица 2 - Расчетные данные для построения графиков сил ?, град Pj, Н pj, МПА P?, МПА P?, Н N, КН S, КН K, КН T, КН

0 -12943,40 -1,36 -1,32 -12553,78 0,00 -12553,78 -12553,78 0,00

20 -11676,66 -1,23 -1,19 -11287,04 -1070,25 -11337,67 -10240,30 -4866,10

40 -8256,71 -0,87 -0,83 -7854,49 -1415,92 -7981,10 -5106,75 -6133,43

60 -3672,03 -0,39 -0,34 -3256,47 -801,61 -3353,67 -934,02 -3220,98

80 869,39 0,09 0,14 1300,16 367,22 1351,02 -135,87 1344,17

100 4392,27 0,46 0,51 4837,72 1366,37 5026,98 -2185,67 4526,96

120 6471,70 0,68 0,73 6929,75 1705,81 7136,61 -4942,15 5148,43

140 7284,39 0,77 0,82 7751,84 1397,42 7876,79 -6836,50 3912,31

160 7387,32 0,78 0,83 7860,52 745,34 7895,78 -7641,40 1988,06

180 7344,06 0,77 0,82 7819,21 0,00 7819,21 -7819,21 0,00

200 7387,32 0,78 0,83 7903,52 -749,42 7938,97 -7683,20 -1998,94

220 7284,39 0,77 0,84 7939,91 -1431,32 8067,89 -7002,36 -4007,22

240 6471,70 0,68 0,78 7409,60 -1823,93 7630,79 -5284,37 -5504,94

260 4392,27 0,46 0,62 5869,37 -1657,75 6098,98 -2651,77 -5492,34

280 869,39 0,09 0,36 3433,16 -969,66 3567,46 -358,77 -3549,38

300 -3672,03 -0,39 0,14 1323,41 -325,77 1362,92 379,58 -1308,99

320 -8256,71 -0,87 0,34 3239,36 -583,96 3291,57 2106,13 -2529,55

340 -11676,66 -1,23 1,91 18157,67 -1721,73 18239,12 16473,77 -7828,19

360 -12943,40 -1,36 4,56 43304,85 0,00 43304,85 43304,85 0,00

370 -11676,66 -1,23 6,47 61531,12 5834,44 61807,12 55824,85 26527,46

380 -8256,71 -0,87 2,43 23068,27 4158,49 23440,10 14998,29 18013,59

400 -3672,03 -0,39 1,32 12540,99 3087,07 12915,36 3597,02 12404,35

420 869,39 0,09 1,11 10594,09 2992,20 11008,55 -1107,10 10952,74

440 4392,27 0,46 1,17 11090,13 3132,30 11523,98 -5010,49 10377,73

460 6471,70 0,68 1,22 11619,38 2860,21 11966,24 -8286,70 8632,58

480 7284,39 0,77 1,22 11603,32 2091,72 11790,34 -10233,19 5856,12

500 7387,32 0,78 1,19 11292,53 1070,77 11343,18 -10977,73 2856,08

520 7344,06 0,77 1,17 11126,26 0,00 11126,26 -11126,26 0,00

540 7387,32 0,78 1,15 10932,94 -1036,67 10981,97 -10628,16 -2765,13

560 7284,39 0,77 1,08 10220,96 -1842,52 10385,71 -9014,06 -5158,45

580 6471,70 0,68 0,91 8643,85 -2127,75 8901,88 -6164,61 -6421,92

600 4392,27 0,46 0,62 5846,42 -1651,26 6075,14 -2641,40 -5470,86

620 869,39 0,09 0,19 1778,26 -502,25 1847,82 -185,83 -1838,45

640 -3672,03 -0,39 -0,33 -3093,92 761,59 -3186,27 -887,40 3060,21

660 -8256,71 -0,87 -0,82 -7825,94 1410,77 -7952,08 -5088,19 6111,13

680 -11676,66 -1,23 -1,19 -11283,38 1069,90 -11333,99 -10236,98 4864,52

700 -12943,40 -1,36 -1,32 -12553,78 0,00 -12553,78 -12553,78 0,00

720 -12943,40 -1,36 -1,32 -12553,78 0,00 -12553,78 -12553,78 0,00

4. Кинематический расчет

Определяем значения перемещения, скорости и ускорения поршня, рассчитанных через 20 градусов поворота коленчатого вала.

При расчете значений, для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом, следует воспользоваться формулами: - перемещения поршня

, (4.1)

- скорости поршня

, (4.2)

- ускорения поршня

, (4.3)

Таблица 3 - Значения перемещения, скорости и ускорения ? S1, мм S2, мм S, мм W1, м/с W2, м/с W, м/с J1,м/с2 J2, м/с2 J, м/с2

0 0,000 0,000 0,000 0,00 0,00 0,00 2703,10 2445,31 257,79

36 0,015 0,012 0,003 8,08 1,80 9,88 259,12 934,02 -674,90

72 0,051 0,043 0,008 13,07 1,11 14,19 -1608,93 -934,02 -674,90

108 0,090 0,082 0,008 13,07 -1,11 11,96 -2187,52 -2445,31 257,79

144 0,116 0,113 0,003 8,08 -1,80 6,27 -2188,34 -3022,57 834,23

180 0,125 0,125 0,000 0,00 0,00 0,00 -2187,52 -2445,31 257,79

216 0,116 0,113 0,003 -8,08 1,80 -6,27 -1608,93 -934,02 -674,90

252 0,090 0,082 0,008 -13,07 1,11 -11,96 259,12 934,02 -674,90

288 0,051 0,043 0,008 -13,07 -1,11 -14,19 2703,10 2445,31 257,79

324 0,015 0,012 0,003 -8,08 -1,80 -9,88 3856,79 3022,57 834,23

360 0,000 0,000 0,000 0,00 0,00 0,00 -2170,56 -2315,42 144,86

5. Уравновешивание двигателя

Условия уравновешенности двигателя с любым числом цилиндров (при соблюдении равенства масс движущихся частей и идентичности протекания рабочего процесса во всех цилиндрах, а также обеспечении статической и динамической уравновешенности коленчатого вала) принято записывать в следующем виде: а) результирующие силы инерции первого порядка и их моменты равны нулю: ?РJI = 0 и ?МJI = 0;

б) результирующие силы инерции второго порядка и их моменты равны нулю: ?РJII = 0 и ?МJII= 0;

в) результирующие центробежные силы инерции и их моменты равны нулю: ?KR = 0 и ?МR = 0.

Таким образом, решение вопроса уравновешивания двигателей сводится к уравновешиванию лишь наиболее значительных сил и их моментов.

Четырехцилиндровый рядный двигатель с кривошипами, расположенными под углом 180°. Порядок работы двигателя 1-2-4-3 или 1-3-4-2. Промежутки между вспышками равны 180°. Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, расположенные под углом 180°.

Силы инерции первого порядка и их моменты при указанном расположении кривошипов взаимно уравновешиваются: ?РJ I =0 и ?МJ i = 0. Силы инерции второго порядка для всех цилиндров равны и направлены в одну сторону. Их равнодействующая

(5.1)

Силы инерции второго порядка можно уравновесить лишь с помощью дополнительных валов. Суммарный момент этих сил равен нулю: ?МJII= 0. Центробежные силы инерции для всех цилиндров равны и направлены попарно в разные стороны. Равнодействующая этих сил и момент равны нулю: ?KR = 0 и ?МR = 0.

Для снижения нагрузки на коренные подшипники на коленчатый вал можно установить противовесы для уменьшения центробежных сил.

Уравновешивание двигателя снижает шумы и вибрации в двигателе, увеличивает его долговечность, но также увеличивает металлоемкость и трудоемкость производства

дизельный двигатель индикаторный тепловой

1) Лиханов В.А., Деветьяров Р.Р. Расчет двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2005.-69 с.

2) Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа. 2002.-496 с.

3) Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. - М.: Колос, 1984. - 335 с.

Размещено на .ru