Тепловой расчет двигателя ЯМЗ 236

Лист 4.cdw

Лист 2.cdw

Полярная диаграмма нагрузок
Кривые набегающих моментов на коренных шейках
Диаграмма износа шатунной шейки

Записка.docx

2 Расчет характеристик рабочего тела 3
3 Расчет процессов газообмена 4
5 Процесс сгорания .. .. 7
6 Процессы расширения и выпуска 8
7 Индикаторные параметры рабочего цикла 9
8 Эффективные показатели двигателя 9
9 Основные параметры цилиндра и двигателя 10
10 Тепловой баланс двигателя 11
11 Построение индикаторной диаграммы 12
Расчет внешней скоростной характеристики 15
Кинематический расчет двигателя 17
Динамический расчет 19
1 Приведение масс деталей КШМ 19
2 Силы и моменты действующие в КШМ 19
3 Построение полярной диаграммы сил действующих на шатунную шейку коленчатого вала 26
4 Определение наиболее нагруженной шейки вала 29
Список литературы . 34
1. Произвести тепловой расчет четырёхтактного дизельного двигателя
Эффективная мощность дизельного двигателя Ne=100 кВт
Номинальная частота вращения n=1600мин-1
Коэффициент избытка воздуха α = 125
Количество цилиндров V – 6
За прототип примем ЯМЗ - 236
2. Расчет характеристик рабочего тела.
В соответствии с ГОСТ 305-82 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях- марки Л и для работы в зимних условиях- марки З). Цетановое число топлива- не менее 45.
Средний элементарный состав дизельного топлива
С=0870; Н=0126; О=0004
Низшая теплота сгорания топлива
Hu=3391С+12560Н-1089(O-S)-251(9Н+W) =
=3391·087+1256·0126-1089·0004-251· 9·0126=4244 МДжкг=42 440 кДжкг.
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
Количество свежего заряда
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания
Общее количество продуктов сгорания
Коэффициент молекулярного изменения свежей и рабочей смеси
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании
3. Расчет процессов газообмена.
Температура и давление окружающей среды
Давление остаточных газов
Температура подогрева свежего заряда
Плотность заряда на впуске
где - удельная газовая постоянная для воздуха.
Определение гидравлических потерь во впускном трубопроводе
В соответствии со скоростным режимом двигателя (n=1600 обмин) и при условии качественной внутренней поверхности впускной системы можно принять:
где -коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; вп - коэффициент сопротивления впускной системы отнесенный к наиболее узкому сечению; вп-средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.
Давление в конце впуска
рa =рк –Δра=01–0019=0081 МПа
Коэффициент остаточных газов
Количество остаточных газов
Температура в конце впуска
Коэффициент наполнения
Определим политропу сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия приблизительно равным показателю адиабаты сжатия который определяется по номограмме при =16 и Та=325 тогда n1=1.371
Давление и температура в конце сжатия
Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия
а) свежей смеси (воздуха)
-определяется методом интерполяции по таблице при tc=6360С α=16
5. Процесс сгорания.
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
Теплота сгорания рабочей смеси
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
Степень повышения давления в дизеле в основном зависит от величины подачи топлива. В связи с этим целесообразно принять для дизеля без наддува λ=2
Коэффициент использования теплоты: для современных дизелей с раздельными камерами сгорания и хорошо организованным объемным смесеобразованием можно принять для двигателя без наддува в связи с повышением теплонапряженности двигателя и созданием более благоприятных условий для протекания процесса сгорания – z=08
Температура в конце видимого процесса сгорания
02053tz2 + 34299tz – 79424 = 0
Максимальное давление сгорания
Степень предварительного расширения
6. Процессы расширения и выпуска.
Степень последующего расширения для дизелей с наддувом
Средние показатели адиабаты и политропы расширения определяем по номограмме при =1188; Tz=2334 и α=16 тогда k2=1.275 а n2=1.274
Давление и температура в конце процесса расширения
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов
Δ Тr=100(839-520)839=23%.
7. Индикаторные параметры рабочего цикла
Теоретическое индикаторное среднее давление
Среднее индикаторное давление
где φu=0.93 - коэффициент полноты диаграммы
Индикаторный К.П.Д. и индикаторный удельный расход топлива
8. Эффективные показатели двигателя
Среднее давление механических потерь
где S=140 мм - ход поршня протопита тогда
pм=0089+00118 · 75=0178 МПа.
Среднее эффективное давление и механический К.П.Д
ре=рi-pм=0855-0178=0677 МПа
Эффективный К.П.Д. и эффективный удельный расход топлива
9. Основные параметры цилиндра и двигателя
Рабочий объем одного цилиндра
Так как ход поршня по прототипу S=140 мм то
Окончательно принимаю: D=130 мм и S=140 мм.
Основные параметры и показатели двигателей определяются по окончательно принятым значениям D и S:
Обьем одного цилиндра
Обьем камеры сгорания
Часовой расход топлива
10.Тепловой баланс двигателя
Количество введенной теплоты
Теплота превращенная в полезную работу
Теплота передаваемая охлаждающей среде
где с - коэффициент пропорциональности с = 045 053 для четырехтактных двигателей; примем с = 05. m - показатель степени m = 06 07 для четырехтактных двигателей примем m = 066
Теплота теряемая с отработавшими газами
tг = (Тг – 273) =839 - 273 = 566 оС и tк = (Тк – 273) = 293 – 273 = 20 оС — температуры отработавших газов и поступающего воздуха R = 8314 кДж(кмольград) – универсальная газовая постоянная.
(cv )пс = 23985 кДж(кмольград) - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания определяется методом интерполяции при температуре tг и α=125.
(cv )в = 20775 - средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме. Определяется методом интерполяции исходя изследующих значений: - при температуре t0 = 0°С (cv )в = 20759
кДж(кмольград); - при температуре t0 = 100°С = 20839 кДж(кмольград);
Теплота потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива при α=125 отсутствует в балансе.
Остаточный член теплового баланса
Qост = Q – (Qe + Qохл + Qг.).
=309505-(100590+120027+84943)=3945 Джс
Таблица 1. Основные величины теплового баланса двигателя
Составляющие теплового баланса
Количество располагаемой (введенной) теплоты
Теплота потерянная с охлаждающим агентом
Теплота потерянная с отработавшими газами
Остаточный член теплового баланса
11 Построение индикаторной диаграммы
Индикаторную диаграмму строим для номинального режима работы двигателя т. е. при Nе = 10059 кВт и и n=1600 обмин аналитическим методом.
Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Ms=15 мм в мм; масштаб давлений Мр=005 МПа в мм.
Определим в масштабе соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания
АВ=SМS=14015 = 933 мм;
ОА = АВ(-1)= 933(16-1)=62 мм
Откуда ОВ=ОА+АВ=62+933=995 мм;
Максимальная высота диаграммы(точка z)
рzМр= 7250005 = 145 мм.
zz=OA(ρ-1)=62(1347-1)=22 мм
Положение точки определяется из выражения
p=(1.15 1.25)pc=1.15·3625=4169МПа
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом
а) политропа расширения
Таблица 2. Результаты расчета точек политроп.
Политропа расширения
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Начало открытия впускного клапана (точка r’) устанавливается за 200 до прихода поршня в в.м.т. а закрытие (точка a’’) – через 560 после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b’) принимается за 560 до прихода поршня в н.м.т. а закрытие (точка a’) – через 200 после прохода поршнем в.м.т.
Учитывая работу двигателя на дизельном топливе заданим угол опережения впрыска топлива 330 (точка с’). А продолжительность периода задержки воспламенения Δφ1=80. Точка f расположена за 250=330-80 до в.м.т.
В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом впрыска топлива определяют положение точек r' а' a" с' f b'по формуле для перемещения поршня.
где – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Определяем поправку Брикса
Таблица 3. Расчеты ординат точек r' а' a" с' f b'.
Расстояние точек от в.м.т. (АХ) мм
Соединяя плавными кривыми точки с с и далее с b и кривой расширения с и линией выпуска получим скругленную действительную индикаторную диаграмму двигателя с впрыском топлива.
Расчет внешней скоростной характеристики
На основании теплового расчета проведенного для режима номинальной мощности получены параметры необходимые для расчета и построения внешней скоростной характеристики.
Принимаем: nmin = 400 обмин nx1 = 700 обмин nx2 = 1000 обмин nx3 = 1300 обмин n ном = 1600 обмин nmax = 1900 обмин.
Значение эффективной мощности для дизелей
Значение эффективного крутящего момента
Удельный эффективный расход топлива
Произведя расчёты параметров для различных расчётных режимов работы (n обмин) результаты сводим в таблицу4.
По расчетным данным приведенным в табл. 4 строим внешнюю скоростную характеристику проектируемого двигателя.
Коэффициент приспособляемости
где Memax определен по скоростной характеристике.
Кинематический расчет двигателя
Определяем по формулам перемещение скорость и ускорение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Определим значения S v J принимаем интервал изменения j от 0 до 360о п.к.в. и шаг расчета Dj =10о п.к.в. Результаты расчетов сводим в таблицу №5.
1 Приведение масс деталей КШМ
масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава 280 кгм2)
масса шатуна (для стального кованого шатуна принято 380 кгм2)
масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для стального кованного вала со спошными шейками 430 кгм2)
масса шатуна сосредоточенная на оси поршневого пальца
масса шатуна сосредоточенная на оси кривошипа
массы совершающие возвратно-поступательное движение
массы совершающие вращательное движение
2 Силы и моменты действующие в КШМ
Удельная сила избыточного давления над поршнем:
где – давление газов в цилиндре двигателя определяемое для соответствующего положения поршня по индикаторной диаграмме произведем расчет для j =10о р0 – давление в картере принимаемое равное атмосферному;
При движении поршня возникают удельные силы инерции создаваемые
поступательно движущимися массами КШМ
Суммарнные удельные силы – это алгебраическая сумма сил действующих в направлении оси цилиндра:
Угол наклона шатуна относительно оси цилиндра
Сила р которая действует на поршень и приложена в центре поршневого пальца разделяеться на состовляющие:
удельная сила которая действует нормально к оси цилиндра
удельную сила которая действует вдоль шатуна
Сила рS в свою очередь разделяеться на две состовляющие:
удельная сила действующая по радиусу кривошипа
удельная тангенцальная сила
Полная сила действующая по радиусу кривошипа
Полная тангенцальная сила
Крутящий момет создаваемый силами давления газов в цилиндре
Вычисляем силы и моменты действующие в КШМ через каждые10° поворота кривошипа. Результаты вычислений заносим в таблицу 5 строим графики сил и моментов.
Силы и моменты на любом цилиндре собранные в таблице 5 действуют во всех цилиндрах двигателя одинаково но смещены по углу поворота вала двигателя от первого цилиндра относительно порядку работы цилиндров. Заданный двигатель V-образный шестицилиндровый c углом развала кривошипов 120° и углом развала цилиндров 90° поэтому зададим ему порядок работы 1-4-2-5-3-6. Интервал работы цилиндров будет не равномерный и чередоваться через 90° и 150°.
Согласно положению кривошипов каждого цилиндра необходимо заполнить таблицу 6. Значение крутящего момента М выбираются из таблицы 5 при соответствующем углу поворота коленчатого вала.
При равных интервалах чередования вспышек в цилиндрах среднее значение суммарного крутящего момента можно определить по формуле
Определим крутящий момент по формуле
Определим расхождения в крутящих моментах по формуле
3 Построение полярной диаграммы сил действующих на шатунную шейку коленчатого вала.
Так как проектируемый двигатель ЯМЗ-236 конструктивно выполнен с одинаковыми шатунами расположенные рядом то результирующие силы действуют на соответствующие участки шейки. На участок шатунной шейки действует равнозначная центробежная сила инерции KR.Ш.. от массы mш.к. части шатуна
Силы Кш.к и К направленные по кривошипу и могут быть заменены суммарной силой Zш
Результирующая сила Rшш которая дейстаует на шатунную шейку может быть полученна геометрическим сложением силы PK которая действует по кривошипу и тангенциальной силы T
Заполним таблицу №7 с результатами расчетов сил для всех положений коленвала. Построим полярную диаграмму сил действующих на шатунную шейку коленчатого вала значения для которой PK и T берем из таблицы №7.
По полярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил действующий по каждому лучу диаграммы износа определяют с помощью таблицы 6.
Значение Rшш для лучей
4 Определение наиболее нагруженной шейки вала
Набегающий момент двигателя можно определить с помощью таблиц. Так как потребитель крутящего момент расположен обычно стороны маховика двигателя то крутящий момент снимаемый с первой коренной шейки коленвала обычно весьма невелик и можно им пренебречь.
Тогда крутящий момент на первой шатунной шейке будет равен сумму двух моментов левого и правого цилиндра
Вычислим изгибающий момент на коленчатом валу двигателя через каждые 10. Произведем расчет на 10 поворота коленчатого вала.
Тогда изгибающий момент на второй коренной шейке будет равен сумме момента на первой коренной и суммарному моменту двух цилиндров
Изгибающий момент на второй шатунной шейке равен сумме моментов левого и правого цилиндра
Изгибающий момент на третьей коренной шейке равен сумме моментов второй коренной и второй шатунных шейках
Изгибающий момент на третье шатунной шейке равен сумме моментов левого и правого цилиндра
Изгибающий момент на последней четвертой коренной шейке равен сумме моментов второй коренной и второй шатунных шейках
Вычислим все изгибающие моменты на коленчатом валу двигателя две данные соберем в таблицу 8.
Список используемой литературы
А.И.Колчин В.П.Демидов “Расчет автомобильных и тракторных двигателей”.
В.М.Архангельский и др. “Автомобильные двигатели”.
М.Г.Шатрова “Автомобильные двигатели”.