Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Департамент научно-технологической политики и образования

ФГБОУ ВПО

Мичуринский государственный аграрный университет

Курсовая работа

по дисциплине: Теория ДВС и шасси

на тему: Расчет показателей работы двигателя марки А-01М (Т-4А)

Мичуринск-наукоград, 2012



Введение

Быстроходный дизельный двигатель с непосредственным впрыском топлива, водяного охлаждения ,шестицилиндровый А-01является одной из базовых моделей семейства двигателей Алтайского тракторного завода(АМЗ)

Двигатели А-01М представляют собой модификации базовой модели А-01, отличающиеся от последней повышенной (до 130 л.с.) мощностью и некотырыми конструктивными особенностями.

Двигатели предназначены для гусеничных и колесных тракторов Т-4 и Т-4А, ДТ-75М, а также трелевочных тракторов, валочно-трелевочных машин. Кроме того, эти двигатели используют в качестве силовых агрегатов передвижных электростанций, насосных станций и других машин, применяемых в сельском хозяйстве.

Заданная мощность двигателя(до 130 л.с.) достигается без применения наддува, т.е. при свободном впуске.



1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Параметры окружающей среды

В соответствии с исходными данными для расчета двигателя, выбираем способ наполнения двигателя свежим зарядом при свободном впуске.

При этом давление воздуха , температура

[1] (1)

К

где температура воздуха (^оС)

1.2 Температура и давление остаточных газов

Давление газов в конце выпуска составляет:

[1] (2)

Температуру газов в конце выпуска следует принимать в пределах:

[1] (3)

Принимаем



1.3 Процесс впуска

Давление газов в конце впуска (МПа) вычисляют по формуле:

[1] (4)

где потеря давления из-за сопротивления впускного тракта, которое определяем по формуле Бернулли:

[1] (5)

где коэффициент сопротивления потоку заряда на впуске, принимаем [1]

средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускного тракта;

плотность свежего заряда на впуске.

Плотность свежего заряда (воздуха) равна:

[1] (6)

где удельная газовая постоянная воздуха. [1]



Среднюю скорость заряда определяют:

= 1 (7)

;

где площадь проходного сечения впускного клапана; (8)

где диаметр тарелки впускного клапана при число впускных клапанов в одном цилиндре; [1]

радиус кривошипа; [1]

газ давление двигатель заряд

диаметр и ход поршня;

частота вращения коленчатого вала, об/мин;

л - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Температура газов в конце впуска

[1] (9)



где приращение температуры свежего заряда вследствие его подогрева от стенок впускного коллектора и других деталей, принимаем [1]

коэффициент остаточных газов:

[1] (10)

Для ориентации. На режиме максимальной мощности и при стандартных условиях ( МПа, °С)

дизели со свободным впуском;

1.4 Коэффициент наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом

Величину коэффициента наполнения рассчитывают по формуле

[1] (11)



1.5 Давление и температура газов в конце сжатия

Величина давления в конце сжатия:

[1] (12)

где - показатель политропы сжатия;

n - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Температура газов в конце сжатия:

[1] (13)

дизели.

1.6 Количество свежего заряда и продуктов сгорания топлива

С достаточной точностью количество свежего заряда М₁, равно количеству впускаемого в двигатель воздуха L .

[1] (14)



где L₀ - теоретически необходимое для сгорания топлива количество воздуха.

[1] (15)

где содержание соответственно углерода, водорода и кислорода в дизтопливе, бензине и газовом топливе, которое лежит в пределах:

; ;,

причем .

Принимаем

Количество продуктов сгорания при избытке воздуха

[1] (16)

1.7 Уравнение сгорания топливно-воздушной смеси

Для ДВС с искровым зажиганием уравнение сгорания смеси имеет следующий вид

[1] (17)

где теплота от сгорания топлива в кДж/кг;

[1] (18)

где коэффициент использования теплоты (для дизелей) , принимаем .[2]

(дизтопливо) - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

количество газов в конце сжатия (начало сгорания); [1]

количество остаточных газов;

коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси; [1]

количество газов в конце сгорания; [1]

молярная теплоемкость газов в конце сжатия;[1]

где ^оС

[1]

[1]

молярная теплоемкость газов в конце их сгорания в дизеле. [1]

молярная теплоемкость газов в конце сгорания. [1]

где универсальная газовая постоянная

;

при б 1;

где степень повышения газов в процессе их сгорания [1]

(19)

После подстановки вышеуказанных величин в исходное уравнение сгорания последнее примет вид

ч0,003



1.8 Температура и давление газов в конце процесса сгорания

Температуру газов определяют в результате решения полученного уравнения сгорания:

[1] (20)

^оС

Давление равно:

Величина находится в пределах 5...12 МПа для дизелей.

1.9 Давление и температура газов в конце процесса расширения

Давление в конце расширения

[1] (21)

где показатель политропы расширения, определяемый по номограмме¦2¦(рис.4,9, стр.83 по Колчину)

степень последующего расширения газов в дизелях,

(22)

степень предварительного расширения газов[1],принимаем =1,7

Температура газов в конце расширения равна:

[1] (23)

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

[1] (24)

Погрешность расчета:



2. Общие показатели рабочего цикла

2.1 Индикаторные показатели

Среднее индикаторное давление теоретического цикла равно:

[1] (25)

Среднее индикаторное давление p_i действительного рабочего цикла определяют с учетом скругления индикаторной диаграммы коэффициентом =0,92…0,97. [2]

[1] (26)

Индикаторный КПД двигателя вычисляют по формуле

[1] (27)

2.2 Показатели механических потерь

Среднее давление механических потерь р_м в двигателе определяют по формул



[1] (28)

где средняя скорость поршня

[2] (29)

- эмпирические коэффициенты для дизелей

= 0,105 МПа, = 0,013 МПа с/м. [1]

Механический КПД двигателя равен:

[1] (30)

2.3 Эффективные показатели работы двигателя

Среднее эффективное давление

[1] (31)



Эффективный КПД

[1] (32)

Эффективный удельный расход топлива

[1] (33)



3. Основные размеры двигателя

Рабочий объём одного цилиндра проектируемого двигателя:

[1] (34)

где тактность двигателя,

число цилиндров двигателя

Диаметр цилиндра двигателя:

[1] (35)

где (S/d)=0,8...1,4,принимаем 1,1 тогда S=1,1*d=143, округляем до 142 (мм)

Площадь поршня:

[1] (37)



Уточненный литраж двигателя:

(38)

Эффективная мощность двигателя

[1] (39)

Эффективный крутящий момент двигателя

[1] (40)

Часовой расход топлива

[1] (41)



Радиус кривошипа и длина шатуна двигателя:

[1] (42)

(43)

где согласно заданию;

Объем камеры сгорания и полный рабочий объем двигателя:

[1] (44)

[1] (45)

Средняя скорость поршня:

[1] (46)



4. Тепловой баланс двигателя

Тепловой баланс показывает распределение тепла вводимого в двигатель с топливом, в общем виде его можно представить выражением:

[1] (47)

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом:

[1] (48)

Количество теплоты, превращенное в эффективную работу:

[1] (49)

Количество теплоты, унесенное с отработавшими газами:

[1] (50)

Количество теплоты, отведенное в охлаждающую среду:

[1] (51) 

где коэффициент пропорциональности, принимаем [1]

показатель степени, принимаем [1]

Неучтенные тепловые потери:

[1] (52)

Тепловой баланс двигателя представляют в виде круговой диаграммы,

разделенной секторами, в соответствии с распределением тепла в процентном отношении по различным каналам:

[1] (53)



5. Индикаторная диаграмма двигателя

Соотношение высоты индикаторной диаграммы к ее ширине должно быть примерно 3:2. Диаграмма строится в координатах р и V. Давление газов откладывается по линии ординат, масштаб которой выбирается в пределах . В силу того, что рабочий объем цилиндра пропорционален ходу поршня, можно принять для удобства в качестве масштабной единицы вместо единицы объема ход поршня .

На осях координат следует отложить значения давлений , значения объемов . Объемы на оси абсцисс откладывают следующим образом, в начале определяют отрезок , затем отрезок , которые последовательно откладываются от центра координат.

Для построения линий давления сжатия и расширения необходимо по соответствующим углам поворота коленчатого вала найти определенные значения хода поршня, а зная их, определить величины давления по уравнениям политроп.

Остановимся на аналитическом способе. Определение хода поршня и величин давления производим через каждые 10° поворота коленвала.

Для определения хода поршня от угла поворота кривошипа необходимо взять значение квадратной скобки в общеизвестном выражении из приложения №3, выбрав его для определенной величины будет соответствовать . Значения скобки из приложения №3 при сжатии берутся от 180 до 360°, а при расширении от 180 до 0°.

Для построения индикаторной диаграммы принимаем масштабы: давления газов , хода поршня . Величина

В соответствии с выбранными масштабами определяем отрезки

мм;

мм;

мм

Таблица 1 - данные для построения индикаторной диаграммы

повор. кол. вала	[ ]					повор. кол. вала
180?	2	227,2	1	1	0,085	540?	1	0,316
190?	1,989	226,0285	1,00518297	1,00700856	0,08559573	530?	1,00669626	0,31811602
200?	1,955	222,4075	1,02154828	1,02922132	0,08748381	520?	1,02790561	0,32481817
210	1,899	216,4435	1,04969657	1,06771948	0,09075616	510	1,06461686	0,33641893
220	1,821	208,1365	1,09159134	1,12569093	0,09568373	500	1,11978737	0,35385281
230	1,721	197,4865	1,15045839	1,20847203	0,10272012	490	1,19835185	0,37867918
240	1,6	184,6	1,23076923	1,32381905	0,11252462	480	1,30742875	0,41314748
250	1,46	169,69	1,33891213	1,48334461	0,12608429	470	1,45759521	0,46060009
260	1,304	153,076	1,48423006	1,70489702	0,14491625	460	1,66497638	0,52613254
270	1,134	134,971	1,68332457	2,02093703	0,17177965	450	1,95876669	0,61897027
280	0,956	116,014	1,95838433	2,47944283	0,21075264	440	2,38144317	0,75253604
290	0,776	96,844	2,34604106	3,16463339	0,26899384	430	3,0067912	0,95014602
300	0,6	78,1	2,90909091	4,23190688	0,35971209	420	3,96927022	1,25428939
310	0,435	60,5275	3,75366569	5,97158341	0,50758459	410	5,51597346	1,74304761
320	0,289	44,9785	5,05130229	8,91862571	0,75808319	400	8,0927055	2,55729494
330	0,167	31,9855	7,10321865	14,1356555	1,20153072	390	12,5669139	3,97114481
340	0,076	22,294	10,1910828	23,0200184	1,95670156	380	18,0429713	5,70157894
350	0,019	16,2235	14,0043764	35,3673368	3,00622363	370	18,0429713	5,70157894
360	0	14,2	16	42,3414861	3,59902632	360	18,0429713	5,70157894

Определение промежуточных значений давлений газов в процессе сжатия и расширения производим по следующим зависимостям

[1] (54)

[1] (55)

[1] (56)

[1] (57)

После заполнения таблицы 1, на основании полученных данных строится индикаторная диаграмма, которая путем дальнейшего скругления приобретает более действительный вид.



6. Динамический расчет двигателя

6.1 Расчет действующих сил в кривошипно-шатунном механизме

Газовая нагрузка, действующая на поршень, определяется как избыточное давление газов в цилиндре двигателя , соответствующее углам поворота коленчатого вала. Давление берется из таблицы 1 и индикаторной диаграммы с учетом ее скругления. Избыточное давление на участке всасывания и в начале процесса сжатия имеет отрицательное значение.

Силы инерции, действующие на возвратно-движущие массы, определяются по формуле:

[1] (58)

где с^-1

Значения в зависимости от угла поворота коленвала находят в приложении 4.

Масса возвратно-поступательных движущихся частей включает массу поршневого комплекта и часть массы шатуна. Обычно ее определяют:

кг (59)

Величины масс или весов поршневого комплекта и шатуна выбирают по соответствующим значениям прототипов из приложений 1 и 2. При этом следует учитывать соотношение размерности поршневой группы прототипа и проектируемого двигателя. Силы инерции подобно силам давления газов определяют как нагрузку, действующую на 1 м² днища поршня:



[1] (60)

Суммарная сила, действующая на поршень, определяется как алгебраическая сумма составляющих сил, соответствующим углам поворота коленвала:

[1] (61)

При этом учитывается следующее правило знаков: направление силы к центру коленвала считается положительным, от центра - отрицательным.

Определение тангенциальных и радиальных сил, действующих на кривошип коленвала, производят по следующим зависимостям:

[1] (62)

[1] (63)

Значения и берутся для определенных из приложений 5 и 6. Здесь же следует определить и центробежную силу инерции неуравновешенных вращающихся частей, действующих на шатунную шейку коленвала. [1]

Н (64)

где кг

Для облегчения последующих построений графиков и диаграмм все расчеты различных сил и давлений сводим в общую таблицу по следующей прилагаемой схеме:

6.2 Построение развернутой диаграммы сил давления газов, сил инерции и суммарных сил, действующих на поршень

Развернутая индикаторная диаграмма действительного цикла строится от угла поворота коленвала на участке до 720° для 4-тактных двигателей и 360° - для двухтактных. За нулевую линию принимают линию атмосферного давления и через каждые 10° поворота коленвала откладывают , и , с учетом знака. Точки соответствующих кривых соединяют плавной линией.

6.3 Построение полярной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку

При построении полярной диаграммы отрицательные значения величины Т и Z откладываются влево и вверх, положительные - в противоположные стороны. Построение точек производим через каждые 10°.

При построении полярной диаграммы следует также учесть величину центробежной силы инерции неуравновешенных вращающихся частей, действующих на шатунную шейку коленвала. Эта сила всегда направлена от центра вращения и является отрицательной величиной. Для более простого учета действия этой силы переносят центр координат по направлению к положительному значению Z.

Определение равнодействующих сил R, действующих на шатунную шейку, производится путем геометрического сложения сил Т и (Z + ), т. е. длине луча, проведенного из нового центра координат до соответствующей точки. Направление этого вектора показывает направление этой силы.

[1] (65)

6.4 Построение развернутой полярной диаграммы

Построение развернутой полярной диаграммы производится без учета знака в зависимости от угла поворота коленвала. Размеры R снимаются с полярной диаграммы раствором циркуля и без изменения масштаба переносятся на график развернутой полярной диаграммы. При построении этой диаграммы отмечают минимальное и максимальное значения R_min и R_mаx, а также определяют R_ср, равное среднему значению равнодействующих всего графика.

6.5 Построение диаграммы тангенциальных сил

Для построения диаграммы тангенциальных сил берут значения Т из сводной таблицы и откладывают их в зависимости от угла поворота коленвала от 0 до 720° в определенном масштабе, после чего отмеченные точки соединяют плавной кривой. Так будет выглядеть диаграмма тангенциальных сил для одноцилиндрового двигателя. В многоцилиндровых двигателях приходится иметь дело с суммарной диаграммой тангенциальных сил, которая определяется тактностью двигателя, числом цилиндров и расположением кривошипов коленвала относительно друг друга. В этом случае необходимо произвести сложение тангенциальных сил от всех процессов, одновременно происходящих в различных цилиндрах.

Так, для 4-тактного двигателя, 6-цилиндрового за период поворота коленвала на 120° произойдут в различных цилиндрах все 4 такта и закономерность изменения суммарной силы через каждые треть-оборота коленвала будет повторяться. Для этого типа двигателей подсчитывают на участке, соответствующем 120° поворота коленвала.

Определение значений на указанных участках производят с учетом знака силы в построенной для этой цели таблице.

Таблица 3 - тангенциальные силы

поворота коленвала	Й цилиндр Т 0-120о	ЙЙ цилиндр Т 120-240о	ЙЙЙ цилиндр Т 240-360о	ЙV цилиндр Т 360-480о	V цилиндр Т 480-600о	VЙ цилиндр Т 600-720о
0	0	0,359062	-0,37968	0	0,604809	-0,38153	0,202661
10	-0,21014	0,330218	-0,38746	1,015519	0,516424	-0,37801	0,886552
20	-0,38426	0,278146	-0,35765	2,009758	0,415553	-0,32959	1,631962
30	-0,49128	0,214079	-0,30547	1,898702	0,310868	-0,24693	1,379965
40	-0,50688	0,14391	-0,04661	1,406676	0,196878	0,049145	1,243118
50	-0,43565	0,072336	-0,0643	1,05323	0,093079	0,093855	0,812548
60	-0,29772	0	0,027681	0,851699	0	0,268233	0,84989
70	-0,12466	-0,07241	0,056173	0,763793	-0,08356	0,408714	0,948044
80	-0,07915	-0,14455	-0,01408	0,588355	-0,15894	0,483664	0,675298
90	0,216003	-0,2163	-0,19539	0,766557	-0,22563	0,472827	0,818074
100	0,301447	-0,2836	-0,41069	0,715199	-0,29348	0,37572	0,404598
110	0,352454	-0,34145	-0,42523	0,672465	-0,34924	0,207946	0,116944
Tср	0,830805

Построение суммарной диаграммы тангенциальных сил производится на одном из участков . Затем для определения средней величины суммарных тангенциальных сил Т_ср значения колонки таблицы 3 алгебраически складываются, и полученная сумма делится на число слагаемых. Точнее величину Т_ср можно определить путем планиметрирования площади между кривой и линией абцисс. Найденная величина Т_ср откладывается на участке изменения .



6.6 Проверка данных задания по расчетным показателям

Проверку получения эффективной мощности двигателя производим по формулам:

Н?м (66)

кВт (67)

Значение радиуса кривошипа r подставляется в метрах.

Полученное значение N_e, не должно отклоняться от данных задания более чем на 5%.



Список использованной литературы

1. Методическое указание по выполнению курсового проекта по Теории двигателей. МичГАУ 2003г.

2. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая шк., 2002. - 496 с.: ил.

3. Лев Е. М., Клецков Е. И., Наговицын В. А. и др. Дизельные двигатели А-01, А-01М, А-41(Устройство, эксплуатация, ремонт) «Колос» , 1972г.

Размещено на Allbest.ru