1) Предварительно приняв ход поршня S = 92 мм, получим значение средней скорости поршня при nN =4500 мин-1
м/с (3.41)
2) Среднее давление механических потерь:
МПа (3.42)
3) Среднее эффективное давление:
МПа (3.43)
4) Механический КПД
(3.44)
Показателями экономичности работы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служат удельный эффективный расход топлива ge и эффективный КПД h е.
5) Эффективный КПД:
(3.45)
6) Эффективный удельный расход топлива:
г/(кВт·ч) (3.46)
Основные параметры цилиндра и двигателя
1) Литраж двигателя
л (3.47)
где t = 4 – количество тактов двигателя.
2) Рабочий объем одного цилиндра:
л (3.48)
где i = 4 – количество цилиндров двигателя.
3) Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S = 81 мм, то:
мм (3.49)
Окончательно принимаем D =93 мм, S = 92 мм.
Основные параметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям 
и 
:
Площадь поршня:
см2 (3.50)
Литраж двигателя:
л (3.51)
Мощность двигателя:
кВт (3.52)
Литровая мощность двигателя:
кВт/л (3.53)
Крутящий момент:
Нм (3.54)
Часовой расход топлива:
кг/ч (3.55)
Расчет и построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.
Индикаторная диаграмма двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при Ne =85 кВт и n =4500 мин-1, аналитическим методом.
Масштаб диаграммы: масштаб хода поршня Ms =1 мм в мм; масштаб давления Mp =0.05 МПа в мм.
Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
мм (3.56)
мм (3.57)
Максимальная высота диаграммы (точка 
)
мм (3.58)
По данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках.
Ординаты характерных точек:
мм 
мм (3.59)
мм 
мм
мм
Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия 
. Отсюда:
мм, (3.60)
где: 
мм;
б) политропа расширения 
. Отсюда:
мм; (3.61)
Результаты расчета точек приведены в табл. 3.1
Теоретическое среднее индикаторное давление:
МПа (3.62)
где 
2160 мм2 – площадь диаграммы 
.
Таблица 3.1
| № точек | ОХ, мм | ОВ/ОХ | Политропа сжатия | Политропа расширения | ||||
|  , мм
|  , МПа
| 
| , мм
|  , МПа
| |||
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | 10.8235 11.4235 13.0235 14.8235 18.8235 20.8235 22.8235 24.8235 32.6235 40.4235 48.2235 56.0235 63.8235 71.6235 79.4235 87.2235 95.0235 102.823 | 9.5000 9.0010 7.8952 6.9365 5.4625 4.9379 4.5052 4.1422 3.1518 2.5437 2.1322 1.8354 1.6111 1.4356 1.2946 1.1789 1.0821 1.0000 | 22.1487 20.5639 17.1701 14.3684 10.3431 9.0014 7.9342 7.0682 4.8531 3.6134 2.8345 2.3061 1.9275 1.6447 1.4266 1.2541 1.1147 1.0000 | 37.6415 34.9482 29.1804 24.4191 17.5780 15.2978 13.4842 12.0123 8.2478 6.1409 4.8172 3.9192 3.2757 2.7951 2.4245 2.1313 1.8944 1.6995 | 1.8821 1.7474 1.4590 1.2210 0.8789 0.7649 0.6742 0.6006 0.4124 0.3070 0.2409 0.1960 0.1638 0.1398 0.1212 0.1066 0.0947 0.0850 | 16.7537 15.6594 13.2892 11.3008 8.3794 7.3843 6.5833 5.9261 4.2092 3.2184 2.5805 2.1388 1.8168 1.5726 1.3817 1.2288 1.1038 1.0000 | 149.553 139.785 118.627 100.877 74.8000 65.9170 58.7668 52.9003 37.5739 28.7290 23.0349 19.0927 16.2178 14.0378 12.3336 10.9687 9.8533 8.9266 | 7.4777 6.9893 5.9314 5.0439 3.7400 3.2958 2.9383 2.6450 1.8787 1.4365 1.1517 0.9546 0.8109 0.7019 0.6167 0.5484 0.4927 0.4463 |
Величина 
1,1739 МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине 1,1752 МПа, полученной в тепловом расчете.
Скругление диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n =4500 мин-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана 
устанавливается за 18є до прихода поршня в ВМТ, а закрытия 
– через 60є после прохода поршня НМТ. Начало открытия выпускного клапана 
принимается за 55є до прихода поршня в НМТ, а закрытие точка 
– через 25є после прохода поршнем ВМТ. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания 
принимается равным 35є, а продолжительность периода задержки воспламенения – 
.
В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек 
и 
по формуле для перемещения поршня.
(3.63)
где 
- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Выбор величины производится при проведении динамического расче-та, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается l =0,285.
Расчеты ординат точек 
и 
сведены в табл. 3.2.
Положение точки 
определяется из выражения:
МПа (3.64)
мм (3.65)
Таблица 3.2
Расчет ординат точек 
и 
| Обозначение точек | Положение точек | j ° | 
| Расстояния точек от ВМТ (АХ), мм |
| 18є до в.м.т. | 18 | 0.0626 | 2.8773 |
| 25є после в.м.т. | 25 | 0.1191 | 5.4806 |
| 60є после н.м.т. | 120 | 1.6069 | 73.9163 |
| 35є до в.м.т | 35 | 0.2277 | 10.4755 |
| 30є до в.м.т | 30 | 0.1696 | 7.8016 |
| 55є до н.м.т. | 125 | 1.6692 | 76.7830 |
Действительное давление сгорания:
МПа (3.66)
мм (3.67)
Нарастание давления от точки 
до z Д составляет 6.356-2.3526=4,003 МПа или 4.003/10=0.4 МПа/град п.к.в., где 10 – положение точки z Д по оси абсцисс, град.
Соединяя плавными кривыми точки r с 
, 
с 
и далее с z Д и кривой расширения 
с 
(точка 
располагается между точками b и a) и линией выпуска 
, получаем скругленную индикаторную диаграмму 
.
КИНЕМАТИКА
1) Выбор λ и длины Lш шатуна.
В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете λ=0.285. В соответствии с этим
мм (4.1)
Построив кинематическую схему кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1), устанавливаем, что ранее принятые значения Lш и λ обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра.
2) Перемещение поршня.
мм. (4.2)
Расчет Sx производится аналитически через каждые 10є угла поворота коленчатого вала Значения для 
при различных φ взяты из табл. 7.1 [1] и занесены в гр. 2 расчетной табл. 4.1.
3) Угловая скорость вращения коленчатого вала
рад/с (4.3)
Скорость поршня
м/с. (4.4)
Значения для 
взяты из табл. 7.2 [1] и занесены в гр. 4, а рассчитанные значения V п – в гр. 5 табл. 4.1.
5) Ускорение поршня
м/с2 (4.5)
Значения для 
взяты из табл. 7.3 [1] и занесены в гр. 6, а рассчитанные значения j – в гр. 7 табл. 4.1.
Таблица 4.1
Кинематический расчет
| φє |
| Sx , мм |
| V п, м/с |
| j, м/с2 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||||||||
| 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 | 0 0.0195 0.0770 0.1696 0.2928 0.4408 0.6069 0.7838 0.9646 1.1425 1.3119 1.4679 1.6069 1.7264 1.8249 1.9017 1.9564 1.9891 2.0000 1.9891 | 0 0.8965 3.5409 7.8016 13.4703 20.2784 27.9163 36.0553 44.3695 52.5550 60.3452 67.5211 73.9163 79.4149 83.9464 87.4759 89.9926 91.4988 92.0000 91.4988 | 0 0.2224 0.4336 0.6234 0.7831 0.9064 0.9894 1.0313 1.0335 1.0000 0.9361 0.8481 0.7426 0.6257 0.5025 0.3766 0.2504 0.1249 -0.0000 -0.1249 | 0 22.4042 5.4284 | 1.2850 1.2526 1.1580 1.0085 0.8155 0.5933 0.3575 0.1237 -0.0942 -0.2850 -0.4415 -0.5603 -0.6425 -0.6923 -0.7166 -0.7235 -0.7214 -0.7170 -0.7150 -0.7170 | 13126 12796 11829 10302 8331 6061 3652 1264 -962 -2911 -4510 -5724 -6563 -7072 -7320 -7391 -7369 -7324 -7304 -7324 | ||||||||
| 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 | 1.9564 1.9017 1.8249 1.7264 1.6069 1.4679 1.3119 1.1425 0.9646 0.7838 0.6069 0.4408 0.2928 0.1696 0.0770 0.195 0 | 89.9926 73.9162 | -0.2504 -0.3766 -0.5025 -0.6257 -0.7426 -0.8481 -0.9361 -1.0000 -1.0335 -1.0313 -0.9894 -0.9064 -0.7831 -0.6234 -0.4336 -0.2224 0.0000 | -5.4284 -16.0977 -16.9757 | -0.7214 -0.7235 -0.7166 -0.6923 -0.6425 -0.5603 -0.4415 -0.2850 -0.0942 0.1237 0.3575 0.5933 0.8155 1.0085 1.1580 1.2526 1.2850 | -7369 -6563 8331 | ||||||||
ДИНАМИКА
Силы давления газов
Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса.
Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R=S/2. От центра полуокружности (точка О) в сторону НМТ откладываем поправку Брикса равную
мм (5.1)
где Мs=1мм в мм – масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.
Полуокружность делят лучами от центра О на несколько частей, а из центра Брикса (точка О¢) проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам j (на лист 2 интервал между точками равен 30°). Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующий углов j. Развертку индикаторной диаграммы начинаем от ВМТ в процессе хода выпуска. При этом следует учитывать, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем ∆Pr = Pr - Po. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферного, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.
Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил Мр=0.05 МПа в мм; полных сил Мр = Мр Fn=0.05·0.00679291=0.00034 МН в мм; угла поворота кривошипа М j = 3° в мм, или
рад в мм (5.2)
где ОВ=240 мм – длина развернутой индикаторной диаграммы.
По развернутой диаграмме через каждые 10° угла поворота кривошипа определяют значения ∆рг и заносят в гр.2 сводной таблицы 5.1 динамического расчета (в таблице 5.1 значения даны через 10°).
Дата: 2019-12-10, просмотров: 223.
