Построение индикаторной диаграммы

1.9.1 Индикаторная диаграмма дизеля (представлена в приложении 1)

На оси абсцисс индикаторной диаграммы от ее начала откладывается отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания:

где – отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра в выбранном масштабе, мм.

От точки А откладывается отрезок АВ. По дынным теплого расчета на диаграмму наносятся характерные точки r, a, c, z, b. Построение политроп сжатия и расширения осуществляется следующим образом. На отрезке АВ намечают несколько точек. Давления для этих точек определяется из уравнений:

для политропы сжатия:

для политропы расширения:

где – давление и объем в точке X;

– масштаб давления, МПа/мм (принимаем М_р=0, 03 МПа/мм).

Данные для построения политроп сжатия и расширения сводятся в таблицу 1.2.

Таблица 1.2

№ точки
	22, 2	5, 054054	9, 309195	24, 76246	825, 4153	7, 666834	81, 03844	2701, 281
	32, 2	3, 484472	5, 578567	14, 83899	494, 6329	4, 803686	50, 77496	1692, 499
	42, 2	2, 658768	3, 844014	10, 22508	340, 8359	3, 419072	36, 13959	1204, 653
	52, 2	2, 149425	2, 86819	7, 629385	254, 3128	2, 616951	27, 66118	922, 0392
	62, 2	1, 803859	2, 253154	5, 993389	199, 7796	2, 099412	22, 19079	739, 693
	72, 2	1, 554017	1, 834993	4, 881082	162, 7027	1, 740596	18, 3981	613, 2701
	82, 2	1, 364964	1, 534835	4, 082661	136, 0887	1, 47868	15, 62965	520, 9882
	92, 2	1, 21692	1, 310405	3, 485678	116, 1893	1, 279945	13, 52902	450, 9673
	102, 2	1, 097847	1, 137172	3, 024878	100, 8293	1, 124526	11, 88624	396, 2079
	112, 2			2, 66	88, 66667		10, 57	352, 3333

1.10.1 Общее количество теплоты, введенной в двигатель за 1 с

где – низшая теплота сгорания, кДж/кг;

– часовой расход топлива, кг/ч.

Принимаем Q₀=1016221, 7075 Дж/с за 100%.

1.10.2 Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с

Q_e = 1000*107, 9771 =107977, 1 Дж/с

составляет 10, 6% от .

1.10.3 Теплота, передаваемая охлаждающей среде за 1 с

где – коэффициент пропорциональности (принимаем с=0, 46);

– показатель степени (принимаем m=0, 63);

– число цилиндров;

– диаметр цилиндра, см;

–скорость вращения коленчатого вала, мин ^-1.

составляет 86% от .

1.10.4 Теплота, унесенная с отработавшими газами за 1 с

s w: val=" 28" /> < w: lang w: val=" EN-US" /> < /w: rPr> < m: t> Дж/с< /m: t> < /m: r> < m: r> < w: rPr> < w: rFonts w: ascii=" Cambria Math" w: fareast=" Times New Roman" w: h-ansi=" Cambria Math" /> < wx: font wx: val=" Cambria Math" /> < w: i/> < w: sz w: val=" 28" /> < w: sz-cs w: val=" 28" /> < /w: rPr> < m: t>, (1.70)< /m: t> < /m: r> < /m: oMath> < /m: oMathPara> < /w: p> < w: sectPr wsp: rsidR=" 00000000" wsp: rsidRPr=" 009F4177" > < w: pgSz w: w=" 12240" w: h=" 15840" /> < w: pgMar w: top=" 1134" w: right=" 850" w: bottom=" 1134" w: left=" 1701" w: header=" 720" w: footer=" 720" w: gutter=" 0" /> < w: cols w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /wx: sect> < /w: body> < /w: wordDocument> ">

где – количество свежей смеси, кмоль;

– количество продуктов сгорания, кмоль;

– средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении [принимаем ];

– средняя мольная теплоемкость свежей смеси при постоянном давлении

[принимаем 29, 09 ].

составляет 0, 1 % от .

составляет 0, 01 % от .

1.10.6 Неучтенные потери тепла

Q_ост=1016221, 7075-(107977, 1+871489, 2572+850, 6241+127, 4152)=

= 33262, 3384 Дж/c

Q_ост составляет 3, 3 % от Q₀

2. Кинематика кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

При расчете кинематики КШМ необходимо определиться с выбором его схемы. Принимаем центральную схему кривошипно-шатунного механизма (рис. 2.1)

Рис. 2.1. Схема центрального кривошипно-шатунного механизма

На рис. 2.1. приведены основные обозначения механизмов:

S_x – текущее перемещение поршня (точка А – ось поршневого пальца);

φ

β – угол отклонения шатуна (АВ) от оси цилиндра;

ω – угловая скорость коленчатого вала;

R = OB – радиус кривошипа;

S = 2R = A^’A^’’ – ход поршня;

L_ш = АВ – длина шатуна;

λ ^’ = - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (принимаем равным 0, 25);

R + L_ш = A^’O – расстояние от оси коленчатого вала до в.м.т.

Расчет кинематики кривошипно-шатунного механизма сводится к определению пути, скорости и ускорения поршня. При этом принимается, что коленчатый вал вращается с постоянной угловой скоростью.

об/мин

2.1. Перемещение поршня.

Перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом:

Значение при и результаты расчета S представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

φ ˚		S, мм
	0, 0000
	0, 16604	7, 47
	0, 596375	26, 86
	1, 1285	50, 9
	1, 596375	72, 1
	1, 89815	85, 83
	2, 0000	90, 48
	1, 89815	85, 83
	1, 596375	72, 1
	1, 1285	50, 9
	0, 596375	26, 86
	0, 16604	7, 47
	0, 0000

Построение кривой перемещения поршня аналитическим методом

При перемещении поршня скорость его движения является величиной переменной и при постоянной частоте вращения коленчатого вала зависит только от изменения угла поворота кривошипа и отношения λ ^’ = :

Значение и результаты расчетов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

φ ˚
	0, 000
	0, 00061	13, 69
	0, 00098	21, 92
	0, 00100	22, 5
	0, 00075	17, 05
	0, 00039	8, 82
	0, 000
	-0, 00039	-8, 82
	-0, 00075	-17, 05
	-0, 00100	-22, 5
	-0, 00098	-21, 92
	-0, 00061	-13, 69
	-0, 000

Построение кривой скорости поршня аналитическим методом

Ускорение поршня:

Значение множителя и результаты расчетов j приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

φ ̊		J, м/с^2
	0, 00126
	0, 00099
	0, 00037
	-0, 00026	-2798
	-0, 63	-6996
	-0, 00074	-8295
	-0, 00074	-8395
	-0, 00074	-8295
	-0, 00063	-6996
	-0, 00026	-2798
	-0, 00037
	0, 00099
	0, 00126

Построение кривой ускорения поршня аналитическим методом

Целью динамического расчета является определение сил, действующих на КШМ для дальнейшего расчета на прочность деталейдвигателя. Результаты расчета выносятся на лист графической части, который должен содержать:

· Индикаторную диаграмму в координатах P – V;

· Развернутую диаграмму по углу поворота коленчатого вала в координатах P – φ;

· Диаграммы: силы инерции P_j, суммарной силы P, силы К, силы, действующей вдоль оси шатуна S, тангенциальной силы Т, нормальной N;

· Полярную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку R_шш;

· Диаграмму износа шатунной шейки;

· Диаграмму фаз газораспределения.

3.1. Динамический расчет КШМ

3.1.1. Построение диаграммы силы давления газов Р, в координатах Р – φ (давление – угол поворота коленчатого вала)

Диаграмма силы давления газов строится на основе индикаторной диаграммы и представляет собой график силы давления газов на поршень для различных положений коленчатого вала двигателя. Диаграмму получают путем перестроения индикаторной диаграммы из координат P –V в координаты P – φ.

Для этого необходимо:

· Построить под индикаторной диаграммой окружность радиусом мм с центром в точке О, где - масштаб перемещения поршня, ;

· отложить от точки О в сторону мертвой точки отрезок ^– поправку Брикса;

· из получено центра О^’ разбить полуокружность лучами через каждые 30˚;

· из точек, полученных на полуокружности, провести вертикальные линии до пересечения с индикаторной диаграммой: перенести ординаты соответствующих точек на координатную сетку P - φ для углов φ = 0…720˚ п.к.в. и соединить их плавной кривой;

· определить максимальное значение силы P_r, находящиеся в диапазоне углов φ = 360…390˚ п.к.в.

3.2 Определение сил, действующих в КШМ

3.2.1. Сила давления газов

Сила давления газов представляет собой избыточное давление газов на поршень

где P_r, P₀ – соответственно давление газов в рассматриваемой точке индикаторной диаграммы и атмосферное давления, МПа.

Значение силы давления газов при различных углах п.к.в. приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

φ ˚	, МПа	φ ˚	, МПа
	0, 125		2, 135
	0, 118		1, 000
	0, 108		0, 550
	0, 093		0, 400
	0, 083		0, 343
	0, 075		0, 325
	0, 075		0, 318
	0, 080		0, 295
	0, 100		0, 250
	0, 140		0, 200
	0, 260		0, 150
	0, 585		0, 135
	5, 600

3.2.2. Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

где - масса возвратно-поступательно движущихся деталей КШМ, кг.

, кг,

где - масса поршневой группы, кг.

где - конструктивная удельная масса кг/м² (для бензинового двигателя с D = 96 мм кг/м² ) тогда,

m_П=100*0, 00724=0, 724 кг

где - масса шатуна, кг.

где - конструктивная удельная масса кг/м² (для бензинового двигателя с D = 96 мм кг/м² ) тогда,

m_П = 130*0, 00724 = 0, 941 кг

m_ш.п.=0, 941 * 0, 275 = 0, 259 кг

m_ш.к.=0, 941 * 0, 725 = 0, 682 кг

Тогда масса возвратно-поступательно движущихся деталей КШМ будет равна:

m_j = 0, 724 + 0, 259 = 0, 983 кг

m_k= 170 * 0, 00724 = 1, 230 кг

Удельная сила инерции определяется по формуле:

Значения силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и удельной силы инерции для различного положения п.к.в. приведены в таблице 3.2.

φ ˚		s w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /wx: sect> < /w: body> < /w: wordDocument> ">	φ ˚		s w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /wx: sect> < /w: body> < /w: wordDocument> ">
	-13, 7603	-1, 901		-10, 8870	-1, 504
	-10, 8870	-1, 504		-4, 0668	-0, 562
	-4, 0668	-0, 562		2, 8134	0, 389
	2, 8134	0, 389		6, 8801	0, 950
	6, 8801	0, 950		8, 0736	1, 115
	8, 0736	1, 115		8, 1336	1, 123
	8, 1336	1, 123		8, 0736	1, 115
	8, 0736	1, 115		6, 8801	0, 950
	6, 8801	0, 950		2, 8134	0, 389
	2, 8134	0, 389		-4, 0668	-0, 562
	-4, 0668	-0, 562		-10, 8870	-1, 504
	-10, 8870	-1, 504		-13, 7603	-1, 901
	-13, 7603	-1, 901	-	-	-

3.2.3. Центробежные силы

Центробежная сила вращающихся масс КШМ является результатом двух сил К_RK и К_RШ и направлена по радиусу кривошипа.

Для рядных двигателей:

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

Тогда,

3.2.4. Суммарные силы.

Значения суммарных сил необходимо определить для различных положений КШМ в диапазоне углов от 0˚ до 720˚ п.к.в. с шагом Результаты расчетов оформляем в виде таблицы.

Удельная суммарная сила, действующая на поршень, рассчитывается по формуле:

Удельная нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра, рассчитывается по формуле:

Удельная сила, действующая вдоль шатуна:

Удельная тангенциальная сила:

Полная тангенциальная сила:

Полная сила, действующая по радиусу кривошипа:

Результаты расчетов этих сил приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Среднее значение тангенциальной силы Т_ср, полученное графическим путем, необходимо сравнить со средним значением этой силы по данным теплового расчета.

Ошибка, допущенная при выполнении расчетов составляет 2, 8%, что допустимо.

3.2.5. Крутящие моменты цилиндра и двигателя

Крутящий момент одного цилиндра

Для определения среднего значения крутящего момента двигателя необходимо построить график суммарного крутящего момента двигателя. С этой целью необходимо произвести суммирование крутящих моментов отдельных цилиндров, для чего на график изменения крутящего момента одного цилиндра накладывают аналогичные графики для других цилиндров с учетом сдвига по фазе рабочих процессов.

Последовательность построения графика :

· график поделить на равных частей;

· нанести на новую координатную сетку каждую из полученных частей графика ;

· преобразовать график , для чего сместить ось ординат вправо на угол . Перенести отсеченную новой осью ординат начальную часть графика в конец исходного графика.

·

· просуммировать все i – части исходного и преобразованного графика на новой координатной сетке через каждые 10̊. Построить график

· Графоаналитическим способом определить среднее значение суммарного крутящего момента двигателя с неравномерным чередованием вспышек

Для проверки правильности построения этого графика необходимо полученное значение сравнить со значением среднего крутящего момента по данным теплового расчета.

Значения приведены в таблице 3.4

φ ˚	,	φ ˚	,
			1745, 34
	-471, 74		471, 74
	-188, 49		707, 61
	471, 74		683, 92
	612, 85		377, 495
	316, 21
			-316, 21
	-353, 81		-613, 365
	-612, 85		-377, 495
	-519, 12		212, 18
	-141, 625		424, 36
	-422, 815
		-	-

Преобразованный график

График суммарного крутящего момента