Лабораторная работа: Расчет показателей двигателя ЯМЗ-240Б
Название: Расчет показателей двигателя ЯМЗ-240Б Раздел: Рефераты по транспорту Тип: лабораторная работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКО ФЕДЕРАЦИИ ФГОУ ВПО Орел ГАУ ФАКУЛЬТЕТ АГРОТЕХНИКИ И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯКафедра «ЭМТП и тракторы» Расчетно-графическая работапо дисциплине "Тракторы и автомобили" на тему: "Расчет показателей двигателя ЯМЗ-240Б" Выполнил: Лосев С.Г Группа Т-363-6 Проверил: Шуруев А.В. Орел 2008 Содержание Задание 1. Тепловой расчет двигателя 2. Расчет и построение регуляторной характеристики 3. Кинематика КШМ 4. Динамика КШМ 1 Тепловой расчет двигателя 1.2 Параметры рабочего тела Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива: где С, Н, О – массовая доля элементов в 1 кг топлива; С=0,857; Н=0,133; О=0,01 кг или кмоль Количество свежего заряда: где - коэффициент избытка воздуха, принимаем =1,6; кмоль Количество отдельных компонентов продуктов сгорания: Общее количество продуктов сгорания: кмоль 1.3. Процесс впуска Давление на впуске можно принять равным атмосферному: Для двигателей без наддува температуру можно принять равной атмосферной: Плотность заряда на впуске: где - удельная газовая постоянная Дж/(кг град). Давление в конце впуска: где - потери давления на впуске. МПа МПа Коэффициент остаточных газов: где 20…40о – подогрев свежего заряда на впуске, принимаем 100 ; - степень сжатия, =14; Температура в конце впуска: К Коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом: 1.4 Процесс сжатия С учетом характерных значений показателя политропы сжатия для заданных параметров двигателя принимаем . Давления в конце сжатия: МПа Температура в конце сжатия: К Средняя молярная теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия: кДж/кмоль Число молей остаточных газов: кмоль Число молей газов в конце сжатия до сгорания: кмоль 1.5. Процесс сгоранияСредняя молярная теплоемкость продуктов сгорания в дизеле: кДж/кмоль Число молей газов после сгорания: кмоль Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси: Принимаем коэффициент использования теплоты . Тогда количество теплоты, передаваемой газом при сгорания 1 кг топлива: где - низшая теплота сгорания топлива, =42500 кДж/кг кДж/кг В дизеле с наддувом для ограничения максимального давления сгорания принимаем меньшее значение степени повышения давления, чем в дизеле без наддува: . Температуру в конце сгорания определяем из уравнения сгорания: Решаем уравнение относительно ТZ и находим ТZ =7663,28 К. Давление в конце сгорания: МПа Степень предварительного расширения: Степень последующего расширения: 1.6. Процесс расширенияПоказатель политропы расширения: Давление в конце расширения: МПа Температура в конце расширения: К Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов: К % Допустимое значение 0,08%. Расчет выполнен верно, так как погрешность находится в допустимых значениях. Таблица 1-результаты теплового расчета двигателя.
1.7. Расчет индикаторных показателей Определение величины отрезка, соответствующего рабочему объему цилиндра: мм Определение величины отрезка, соответствующего объему камеры сгорания: мм Определение величины отрезка, соответствующую степень предварительного расширения: мм Построение линии сжатия: МПа МПа Построение линии расширения: Среднее индикаторное давление цикла для не скругленной индикаторной диаграммы: МПа Действительное индикаторное давление: где =0,92…0,95 - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, принимаем =0,93; МПа Рабочий объем одного цилиндра: л Индикаторная мощность: кВт Индикаторный КПД: где - теоретически необходимое количество воздуха, кг - низшая теплота сгорания, МДж/кг; - коэффициент избытка воздуха, ; - плотность заряда на впуске, кг/м3 ; - коэффициент наполнения. кг/м3 Индикаторный удельный расход топлива: г/кВт час 1.8. Расчет эффективных показателейСредняя скорость поршня: где S – ход поршня, мм; n – частота вращения коленчатого вала, об/мин. м/с Среднее давление механических потерь: МПа Среднее эффективное давление: МПа Механический КПД: Эффективный КПД: Удельный эффективный расход топлива: г/кВт час Эффективная мощность: кВт Эффективный крутящий момент: Н м Часовой расход топлива: кг/час Определение литража двигателя: л Рабочий объем одного цилиндра: л Таблица 2 - Результаты расчета индикаторных и эффективных показателей
1.9. Построение индикаторной диаграммы Выбор масштаба и расположение характерных точек на диаграмме: Диаграмма строится на миллиметровой бумаги в координатах Р – V с использованием результатов теплового расчета. Масштаб рекомендуется выбирать таким образом , чтобы величина высоты диаграммы составляла 1,25…1,75 ее основания. Определяют величину отрезка АВ, соответствующего рабочему объему цилиндра – Vh , а по величине равному ходу поршня – S в масштабе МS : принимаем МS =1,5 : 1 мм Величину отрезка ОА, соответствующую объему камеры сгорания VC определяем по формуле: где - степень сжатия, мм Величина отрезка , характеризуется степенью предварительного расширения и определяется по формуле: где - степень предварительного расширения, мм На оси абсцисс откладываем в принятом масштабе полученные отрезки соответствующие им объемы. По данным теплового расчета откладываем величины ,. Через точки и , и проводим прямые параллельные оси абсцисс. Точки a и c соединяем политропой сжатия, а точки z и b политропой расширения. Построение линии сжатия и линии расширения Промежуточные точки кривых сжатия и расширения определяем из условия, что каждому значению Vx на оси абсцисс соответствует следующие значения: - для политропы сжатия; - для политропы расширения. где , - мгновенные значения давления и объема n1 , n2 – показатели политропы сжатия и расширения С учетом реальных процессов, происходящих в двигателе, расчетную диаграмму округляем. Места скругления определяем по формуле: где - угол поворота коленчатого вала, в характерных точках; - отношение радиуса кривошипа к шатуну, принимаем =0,272. Полученные данные заносим в таблицу 3. Таблица 3- положение коленчатого вала в характерных точках
Положение точки определяется из выражения: МПа Нарастания давления от точки до точки zсоставит 8,83-4,43=4,456МПа или 4,456/10=0,456МПа/град. 1.10. Тепловой баланс двигателя Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливам: Дж/с Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с: Дж/с Теплота передаваемая окружающей среде: где С – коэффициент пропорциональности (С=0,45…0,53), принимаем С=0,53; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; n – частота вращения коленчатого вала, об/мин; m – показатель степени (m=0,6…0,7), принимаем m=0,65. Дж/с Теплота, унесенная с отработавшими газами: где - теплоемкость отработавших газов, =27,786 кДж/кмоль; - теплоемкость свежего заряда, =21,612 кДж/кмоль; tГ – температура отработавших газов, tГ =5770 С; t0 – температура окружающей среды, t0 =200 С М1 – количество свежего заряда, кмоль; 0,52 М2 – количество продуктов сгорания, кмоль. 0,769 Дж/с Неучтенные потери теплоты: Дж/с Составляющие теплового баланса представлены в таблице 4. Таблица 4- Тепловой баланс двигателя
2. Расчет и построение регуляторной характеристики двигателя На регуляторной характеристике наносится ряд кривых, показывающих, как меняются основные показатели двигателя: эффективная мощность Nе , крутящий момент Ме , число оборотов коленчатого вала n, удельный gе и часовой GТ расход топлива – в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы. На оси абсцисс откладывают значения частоты вращения коленчатого вала: nн – номинальная частота вращения коленчатого вала, nн =2200 об/мин; nхх – максимальная частота вращения холостого хода, она зависит от степени неравномерности работы регулятора и определяется по формуле: где - для дизельных двигателей, принимаем ; об/мин Текущее значение Ne на характеристики определяется по формуле: где nxi – текущее значение частоты вращения; Nexi – соответствующее ей эффективная мощность; при 2000 оборотов кВт Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5. Текущее значения Ме на характеристики определяется по формуле: где Nexi и nxi – текущее значения эффективной мощности и частоты вращения. при 1900 оборотов , Н м Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5. Текущее значение qe на характеристики определяется по формуле: где gен – удельный расход топлива при nн ; nxi , gexi – текущее значения частоты вращения и эффективного расхода топлива; при 2000 об/мин г/кВт час Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5. Текущее значение GT на характеристики определяется по формуле: при 2000 об/мин кг/час Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5. Часовой расход топлива Gт на регуляторной характеристики растет по прямой от минимального значения Gт.х. соответствующего работе двигателя на режиме холостого хода (nхх ) до минимального Gт.н. при nн . Часовой расход топлива определяется по формуле: кг/час Таблица 5 - Значения параметров регуляторной характеристики
По полученным данным строим регуляторную характеристику. 3. Кинематика КШМ 3.1 Перемещение поршня где R – радиус кривошипа, R=70 мм; - отношение радиуса кривошипа к шатуну, =0,272; угол поворота кривошипа от 0 до 3600. При =30о мм 3.2 Скорость поршня где R – радиус кривошипа в метрах; - угловая скорость. при =30о м/с 3.3 Ускорение поршня где R – радиус кривошипа в метрах; при =30о Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 6. Таблица 6- Результаты расчета кинематических параметров КШМ
4. Динамика КШМ Во время работы двигателя детали кривошипно-шатунного механизма подвергаются действию сил, которые представлены на рисунке 2. Рисунок 2 Схема действующих сил в КШМИзбыточное давление газов на поршень: где - текущее давление газов, определяется с индикаторной диаграммы. - атмосферное давление, МПа. при =0о МПа Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Сила давления газов: где в – диаметр цилиндра, м. при =0о кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Центробежная сила инерции от вращающихся масс: где R – радиус кривошипа, м; mS – масса, совершающая вращательное движение, сосредоточена в точке А, (рис.2); mК – масса коленчатого вала, mК =2,85 кг; mШ – масса шатуна, mШ =2,37 кг. кг кН Сила инерции от возвратно-поступательных масс: где j – ускорение поршня(таблица 6); mj – масса, совершающая возвратно-поступательное движение, сосредоточена в точке С (Рис 2) mП – масса поршня, mП =1,9 кг. кг при =0о кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Суммарная сила, действующая на поршень: при =0о кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Определяем нормальную силу: где - угол отклонение шатуна, ; при =0о кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Определяем силу, направленную по оси шатуна: при =0о кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Определяем радиальную силу, действующую в шатунной шейки: кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Определяем радиальную силу, действующую в коренной шейки: кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Определяем тангенциальную силу, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа: кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Определяем результирующую силу, действующую в шатунной шейке коленчатого вала: кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7. Таблица 7- Результаты динамического расчета параметров
По данному графику строим диаграммы сил, действующих в КШМ. Список литературы 1. Ефимов М. А., Забелин В. Н. Методическое указание к выполнению курсовой работы по дисциплине « Тракторы и автомобили» для студентов специальности « Механизация сельскохозяйственного производства». Орел, 1988 г. 2. Ефимов М. А., Акимочкин А. В. «Курсовое проектирование по тракторам и автомобилям» Орел 2008. 3. Николаенко А. В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М., Колос, 1992 г. |