Расчет показателей двигателя ЯМЗ-240Б

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКО ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО Орел ГАУ

ФАКУЛЬТЕТ АГРОТЕХНИКИ И ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ

Кафедра «ЭМТП и тракторы»

Расчетно-графическая работа

по 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

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…40^о — 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 сгорания

Средняя 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, =42 500 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 Т_Z и находим Т_Z=7663,28 К.

Давление в конце сгорания:

МПа

Степень предварительного расширения:

Степень последующего расширения:

1.6. Процесс расширения

Показатель 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 показателей

Средняя 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 — V_h, а по величине равному ходу поршня — S в масштабе М_S:

принимаем М_S=1,5: 1

мм Величину отрезка ОА, соответствующую объему камеры сгорания V_C 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 V_x 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 z составит

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;

t_Г — температура отработавших газов, t_Г=577⁰С;

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 N_е, крутящий момент М_е, число оборотов коленчатого вала n, удельный g_е и часовой G_Т расход топлива — в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы.

На оси абсцисс откладывают значения частоты вращения коленчатого вала:

n_н — номинальная частота вращения коленчатого вала, n_н=2200 об/мин;

n_хх — 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 N_e на характеристики определяется по формуле:

где n_xi — текущее значение частоты вращения;

N_exi — 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 М_е на характеристики определяется по формуле:

где N_exi и n_xi — 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 q_e на характеристики определяется по формуле:

где g_ен — удельный расход топлива при n_н;

n_xi, g_exi — 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 G_T 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 G_т на регуляторной характеристики растет по прямой от минимального значения G_т.х. соответствующего работе двигателя на режиме холостого хода (n_хх) до минимального G_т.н. при n_н. 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 360^0.

При =30^о мм

3.2 Скорость поршня где R — радиус кривошипа в метрах;

— угловая скорость.

при =30^о м/с

3.3 Ускорение поршня где R — радиус кривошипа в метрах;

при =30^о

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 КШМ

Избыточное давление газов на поршень:

где — текущее давление газов, определяется с индикаторной диаграммы.

— атмосферное давление, МПа.

при =0^о МПа

Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

Сила давления газов:

где D — диаметр цилиндра, м.

при =0^о кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

Центробежная сила инерции от вращающихся масс:

где R — радиус кривошипа, м;

m_S — масса, совершающая вращательное движение, сосредоточена в точке А, (рис.2);

m_К — масса коленчатого вала, m_К=2,85 кг;

m_Ш — масса шатуна, m_Ш=2,37 кг.

кг

кН

Сила инерции от возвратно-поступательных масс:

где j — ускорение поршня (таблица 6);

m_j — масса, совершающая возвратно-поступательное движение, сосредоточена в точке С (Рис 2)

m_П — масса поршня, m_П=1,9 кг.

кг при =0^окН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

Суммарная сила, действующая на поршень:

при =0^окН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

Определяем нормальную силу:

где — угол отклонение шатуна, ;

при =0^о кН Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

Определяем силу, направленную по оси шатуна:

при =0^о 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.

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.