Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2.Тепловой расчет дизеля
Давление и температура остаточных газов
Давление остаточных газов :
Рr=(1.05…1.15)po=(1.05…1.15)0.098=1.05*0.098…1.15*0.098
= 0.1029…0.1127=1127МПа
Температура остаточных газов: Тr=800oK
Подогрев свежего заряда ∆Т=0оК
Коэффициент избытка воздуха α=1.5
Средний элементный состав дизельного топлива С=0.87; Н=0.125; О=0.005.
Молекулярная масса топлива µт=190кг/кмоль
Низшая удельная теплота сгорания топлива QH=42500 кДж/кг
Показатели политроп сжатия и расширения n1=1.4 n2=1.2
Коэффициент использования тепла Ԑ=0.8
Степень повышения давления λ=1.5
Процесс впуска
1.Давление в конце впуска ра=ро-∆ра=0.098-0.011=0.087МПа
∆ра=(ß2+Ԑвп)W2вп/2*р*10-6=3*802/2 *1.138*10-6= 0.011МПа
Где (ß2+Ԑвп)=3 р=(ро*106)/RTo=0.098*106/287*290=1.177 кг/м3
2.Коффициент остаточных газов
γr=((To+∆T)/Tr )*(( pr/ Ԑра-рr))=((290+20)/800)*(0.1127/(16.5*0.087-0.1127))
= 0,031
3.Температура в конце впуска
Та=( To+∆T+ γrТr)/(1+ γr)=(290+20+0.031*800)/(1+0.031)=325оК
4. Коэффициент наполнения
nv = (1/(Ԑ-1))* (To /(To+∆T) )* )*(( Ԑра-рr) /po)
= (1/(16.5-1))* (290 /(290+20) )* )*(( 16.5*0.087-0.1127) /0.098)=0.84
Процесс сжатия
1.Давление в конце сжатия рс = ра*Ԑn1 =0.087*16.51.4= 4.17 МПа
2.Температура в конце сжатия Тс=Та*Ԑn1-1=314*16.51.4-1=1028oK
Процесс сгорания
1.Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
Lo=1/21(C/12+H/4-O/32)=1/21(0.87/12+0.125/4-0.005/32)= 0.495 кмоль/кг
2.Действительноетколичество молей свежего заряда
М1=М=αLo=1.5*0.495=0.7425кмоль/кг
3.Количество молей продукта сгорания при α>1
М2=С/12+H/2+(α-0.21)LO=0.87/12+0.125/2+(1.5-0.21)0.495=0.7447кмоль/кг
4.Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
ß=(ßо+γr)/(1+ γr)=(1.003+0.031)/1.031=1.03
5.Температура и давление в конце видимого сгорания.
В общем виде уравнение сгорания имеет вид :
ԐQH/(M1(1+ γr))+(µCvc+8.314λ)Tc=ß( µCvc+8.314) Tz
Подставляя все известные данные получаем
80861,2=21.33 Tz+0.002539 Tz2+8.563 Tz
Отсюда следует
Tz = (-b+(b2-4ac)^0.5)/2a =
(-29.893+(29.8932+4*0.002539*80861.2)^0.5)/(2*0.002539)=2362.5oK
6.Давление в конце видимого сгорания
Рz=λpc=1.5*4.17=7.087 МПа
7.Степень предварительного расширения в дизеле находится по выражению
р=ßТz/Tc λ =1.03*2362.5/1.5*1028=1.57
Процесс расширения
1.Давление и температура газов в конце расширения
рb=pz/δn2=7.08/10.51.2=0.42 МПа
Тb=Tz/ δn2-1=2362.5/10.51.2-1=1350 oK
Индикаторные и эффективные показатели двигателя
1.Среднее индикаторное давление*
p1/ = pc/ε-1*[λ/n2-1*(1-1/ εn2-1)-1/n1-1*(1-1/ εn1-1)] = 1.132/6.5-1*[4.074/1.24-1*(1-
1/6.51.24-1)-1/1.34-1*(1-1/6.51.34-1)] = 0.205*[16.975*(1-0.638)-2.941*(1-0.529)] =
0.205*[6.144-1.385] = 0.97 МПа
2. Среднее индикаторное давление цикла*
pi = ϕ* p1/ = 0.97*0.97 = 0.94 МПа
ϕ = 0.94…0.97
3.Индикаторный КПД цикла*
ηi = 8314*( pi*M1*T0/Qн*ηv*p0)*10-6 = 8314*(0.94*0.467*290/44*0.857*0.098)*10-6 = 0.286
4.Индикаторный удельный расход топлива*
gi = 3600/Qн* ηi = 3600/44*0.286 = 286.07 г/кВт*ч
5.Среднее давление механических потерь*
S/D<1; pм = 0.039+0.0132*Vср = 0.039+0.0132*10.13 = 0.172
Vср = S*n/30 = 0.095*3200/30 = 10.13
6.Среднее эффективное давление и механический КПД
pe = pi – pм = 0.94-0.172 = 0.768 Мпа
ηм = pe/pi = 0.768/0.94 = 0.81
7.Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива
ηе = ηi*ηм = 0.286*0.81 = 0.25
ge = 3600/Qн* ηе = 3600/44*0.25 = 327.3 г/кВт*ч
Определение диаметра и хода поршня
Рабочий объём цилиндра
Vh = 30*τ*Ne/pe*i*n = 30*4*132.4/0.768*8*3200 = 0.8л
Диаметр цилиндра и ход поршня
D = 100*³√4*Vh/п(S/D) = 100*³√4*0.8/3.14(95/108) = 100*1.05 = 105 мм
S = D*(S/D) = 105*(95/105) = 95 мм
Мощность двигателя
Ne = (Pe*П*D2*S*i*n/30*τ*4)*103 = (0.768*3.14*0.1052*0.095*8*3200/30*4*4)* 103 = 134.4кВт
Δ = (134,4-132,4)*100/132,4 = 1,51%
Построение индикаторной диаграммы
Рабочий объём цилиндра Vh откладывается по оси абцисс в мм,численно равным ходу поршня.
Vh = S = 95мм
Тогда объём камеры сгорания в мм будет
Vc =S/ε-1 = 95/6.5-1 = 17.3мм
Полный объём
Va = Vh+Vc = 95+17.3 = 112.3мм
Масштаб давления принимаем μр = 0,02Мпа/мм
Расчет политроп сжатия и расширения
Результаты расчета политроп сжатия и расширения
|
έ |
1 |
1,5 |
2 |
4 |
5 |
6 |
8 |
9,3 |
10,74 |
16,5 |
|
Vx=Va/έ |
149,03 |
99,35333 |
74,515 |
37,2575 |
29,806 |
24,83833 |
18,62875 |
16,02473 |
13,8761639 |
9,032121 |
|
px=pa*έ^n1 |
0,087 |
0,153478 |
0,229594 |
0,605903 |
0,828089 |
1,068885 |
1,598988 |
1,974219 |
2,41504511 |
4,405516 |
|
px/μp |
2,9 |
5,115944 |
7,653146 |
20,19677 |
27,60298 |
35,6295 |
53,2996 |
65,80731 |
80,5015035 |
146,8505 |
|
px=pb*έ^n2 |
0,42 |
0,683217 |
0,964907 |
2,216773 |
2,897432 |
3,606042 |
5,092808 |
6,101391 |
7,25194377 |
12,14032 |
|
px/μp |
14 |
22,77391 |
32,16355 |
73,89244 |
96,58108 |
120,2014 |
169,7603 |
203,3797 |
241,731459 |
404,6772 |
Построение скоростной характеристики
Скоростная характеристика двигателя строится в левом нижнем углу первого листа проекта.
Для расчета и построения кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива используются эмпирические формулы
Nex = Ne*nx/nn(a+b*( nx/nn)-c(nx/nn)2) = 134.4*800/3200*[1+1*(800/3200)-1*(800/3200)2)] = 33.6*[1+0.25-1*0.0625] = 39.9кВт
gex = geN*[a1-b1*(nx/nn)+c1*( nx/nn)2] = 327.3*[1.2-1*(800/3200)+0.8*(800/3200)2] = 327.3г/кВтч
Крутящий момент и часовой расход топлива находится по формулам:
Mex = 9550*Nex/nx = 9550*39.9/800 = 476.505Нм
GTX = gex* Nex*10-3 = 327.3*39.9*10-3 = 13.06 кг/ч
Скоростная характеристика двигателя
|
nx, об/мин |
900 |
1100 |
1300 |
1500 |
1700 |
|
|
Nex,кВт |
118,1755 |
142,0361 |
161,241 |
174,0443 |
178,7 |
|
|
Mex |
1253,974 |
1233,132 |
1184,501 |
1108,082 |
1003,874 |
|
|
gex |
210,2803 |
208,654 |
212,2318 |
221,0138 |
235 |
|
|
Gtx |
24,84998 |
29,6364 |
34,22048 |
38,46619 |
41,9945 |
Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма(КШМ)
Расчет состоит в определении перемещения, скорости и ускорения поршня для различных углов поворота коленчатого вала, при постоянной частоте вращения его.
Радиус кривошипа R = S/2 = 95/2 = 47.5мм
Длина шатуна L = R/λ = 47.5/0.255 = 216мм
Угловая скорость коленчатого вала ω = π*n/30 = 3.14*3200/30 = 334.9рад/с
Определяем кинематические параметры по формулам:
Перемещение поршня
x = R*((1-cosϕ)+λ/2*sin2ϕ) = 47.5*((1-cos0)+0.255/2*sin20) = 0 м
Скорость поршня
v = R*ω*(sinϕ+λ/2*sin2ϕ) = 47.5*334.9*(sin0+0.255/2*sin2*0) = 0 м/с
Ускорение поршня
j = R*ω2*(cosϕ+λ*cos2*ϕ) = 47.5*334.92*(cos0+0.255*cos2*0) = 6690013 м/с2
Расчёты выполняются для углов поворота коленчатого вала от 00 до 3600 через каждые 300 и результаты их вносим в таблицу
Кинематика поршня
|
φ,град |
φ,рад |
x,м |
v,м/с |
j,м/с^2 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
2799,084 |
|
30 |
0,523333 |
0,01857 |
9,060817 |
2211,296 |
|
60 |
1,046667 |
0,050906 |
13,62195 |
818,2313 |
|
90 |
1,57 |
0,088354 |
12,46054 |
-581,1 |
|
120 |
2,093333 |
0,120889 |
7,959839 |
-1398,57 |
|
150 |
2,616667 |
0,139801 |
3,400754 |
-1627,74 |
|
180 |
3,14 |
0,140029 |
0,009403 |
-1633,35 |
|
210 |
3,663333 |
0,121511 |
-3,37683 |
-1628,05 |
|
240 |
4,186667 |
0,089205 |
-7,92957 |
-1401,47 |
|
270 |
4,71 |
0,051757 |
-12,4396 |
-588,153 |
|
300 |
5,233333 |
0,019193 |
-13,6313 |
808,9022 |
|
330 |
5,756667 |
0,000229 |
-9,10554 |
2204,537 |
|
360 |
6,28 |
-5,8E-05 |
-0,06054 |
2799,06 |
Динамический расчет КШМ
Порядок расчета и построения развернутой индикаторной диаграммы
Поршневая группа:
Абсолютная масса – 1308 кг
Относительная масса – 14,2 г/см3
Шатунная группа:
Абсолютная масса – 1282 кг
Относительная масса – 14,0 г/см3
Масса КШМ
mj = mп+0,275*mш = 1,228+0,275*1,211 = 1,56 кг
mп = mоп*F = mоп*(π*D2/4) = 14.2*(3.14*10.52/4) = 1228.956 кг
mш = mош*F = mош*(π*D2/4) =14*(3,14*10.52/4) = 1211,647 кг
Показание избыточного давления
pr = pинд – p0 = 0,105-0,098 = 0,007 Мпа
Определяем силы давления газов на поршень
Pr = pr*F*1060,007*0,0865*106 = 60,55 Н
F = π*D2/4 = 3.14*10.52/4 = 86.54 см2
Определяем силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс
Pj = -mj*j = -1.56*6690.013 = -10436.42 H
Суммарные силы, действующие на поршень, определяются алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс
PΣ = Pr + Pj = 60.55+(-10436.42) = -10375.87 H
Определяем силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме.
Тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа и создающая момент вращения
T = PΣ*sin*(ϕ+β)/cosβ = -10375.87*sin(0+0)/cos0 = 0 H
Сила направленная по радиусу кривошипа
Z = PΣ*cos*(ϕ+β)/cosβ = -10375.87*cos(0+0)/cos0 = -10375.87 H
Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра
N = PΣ*tg*β = -10375.87*tg0 = 0 H
Данные динамического расчета двигателя
|
φ,град |
φ,рад |
β,рад |
j,м/c2 |
pr,Мпа |
Pr,Н |
Pj,Н |
PΣ,Н |
T,H |
Z,H |
N,H |
Mk,Hм |
|
0 |
0 |
0 |
2781,354 |
0,012 |
79,68 |
-10791,7 |
-10712 |
0 |
-10711,973 |
0 |
0 |
|
30 |
0,523333 |
0,137637 |
-196,388 |
-0,015 |
-99,6 |
761,9841 |
662,3841 |
410,5084 |
527,876198 |
91,74842 |
18,06237 |
|
60 |
1,046667 |
0,275273 |
-1650,63 |
-0,015 |
-99,6 |
6404,453 |
6304,853 |
6349,69 |
1613,60895 |
1780,766 |
279,3864 |
|
90 |
1,57 |
0,41291 |
-1331,24 |
-0,015 |
-99,6 |
5165,211 |
5065,611 |
5067,377 |
-2215,1859 |
2219,22 |
222,9646 |
|
120 |
2,093333 |
0,550547 |
1988,513 |
-0,015 |
-99,6 |
-7715,43 |
-7815,03 |
-4377,92 |
8057,47002 |
-4797,32 |
-192,628 |
|
150 |
2,616667 |
0,688183 |
1537,205 |
-0,015 |
-99,6 |
-5964,35 |
-6063,95 |
1276,012 |
7746,39292 |
-4986,31 |
56,14454 |
|
180 |
3,14 |
0,82582 |
-1486,64 |
-0,015 |
-99,6 |
5768,171 |
5668,571 |
-6137,38 |
-5678,3529 |
6146,415 |
-270,045 |
|
210 |
3,663333 |
0,963457 |
-1640,99 |
0,012 |
79,68 |
6367,035 |
6446,715 |
-11255,1 |
-965,78448 |
9276,299 |
-495,224 |
|
240 |
4,186667 |
1,101093 |
276,8264 |
0,012 |
79,68 |
-1074,09 |
-994,406 |
1843,257 |
-1195,4855 |
-1959,07 |
81,1033 |
|
270 |
4,71 |
1,23873 |
2711,711 |
0,05 |
332 |
-10521,4 |
-10189,4 |
10260 |
-29524,29 |
-29548,7 |
451,4401 |
|
300 |
5,233333 |
1,376367 |
-613,555 |
0,16 |
1062,4 |
2380,592 |
3442,992 |
5715,728 |
16878,7132 |
17484,46 |
251,492 |
|
330 |
5,756667 |
1,514003 |
-1651,39 |
0,56 |
3718,4 |
6407,374 |
10125,77 |
148890,8 |
98254,8026 |
178100,9 |
6551,195 |
|
360 |
6,28 |
1,489953 |
-1102,89 |
1,04 |
6905,6 |
4279,221 |
11184,82 |
138013,4 |
11624,4942 |
138049,7 |
6072,588 |
|
390 |
6,803333 |
1,352316 |
2360,635 |
2,56 |
16998,4 |
-9159,27 |
7839,135 |
34534,09 |
-10745,782 |
35307,55 |
1519,5 |
|
420 |
7,326667 |
1,214679 |
1039,038 |
1,24 |
8233,6 |
-4031,47 |
4202,133 |
9316,028 |
-7647,6645 |
11296,78 |
409,9052 |
|
450 |
7,85 |
1,077043 |
-1580,74 |
0,012 |
79,68 |
6133,271 |
6212,951 |
6258,863 |
-11518,698 |
11543,53 |
275,39 |
|
480 |
8,373333 |
0,939406 |
-1609,56 |
0,012 |
79,68 |
6245,109 |
6324,789 |
1197,998 |
-10647,94 |
8649,327 |
52,71189 |
|
510 |
8,896667 |
0,801769 |
782,6758 |
0,012 |
79,68 |
-3036,78 |
-2957,1 |
1149,166 |
4093,92541 |
-3055,54 |
50,56332 |
|
540 |
9,42 |
0,664133 |
2508,207 |
0,012 |
79,68 |
-9731,84 |
-9652,16 |
7509,01 |
9688,15231 |
-7555,21 |
330,3964 |
|
570 |
9,943333 |
0,526496 |
-959,201 |
0,012 |
79,68 |
3721,701 |
3801,381 |
-3803,04 |
-2206,5821 |
2209,438 |
-167,334 |
|
600 |
10,46667 |
0,388859 |
-1651,12 |
0,012 |
79,68 |
6406,364 |
6486,044 |
-6940,72 |
-978,44133 |
2657,476 |
-305,392 |
|
630 |
10,99 |
0,251223 |
-796,123 |
0,012 |
79,68 |
3088,957 |
3168,637 |
-3173,12 |
795,53845 |
813,2139 |
-139,617 |
|
660 |
11,51333 |
0,113586 |
2625,833 |
0,012 |
79,68 |
-10188,2 |
-10108,6 |
8212,893 |
-6005,0772 |
-1153,15 |
361,3673 |
|
690 |
12,03667 |
-0,02405 |
527,6612 |
0,012 |
79,68 |
-2047,33 |
-1967,65 |
1035,053 |
-1674,0767 |
47,33233 |
45,54235 |
|
720 |
12,56 |
-0,16169 |
-1628,93 |
0,012 |
79,68 |
6320,261 |
6399,941 |
-1084,65 |
6393,16131 |
-1043,9 |
-47,7247 |
Данные среднего крутящего момента
|
1 цилиндр |
2 цилиндр |
3 цилиндр |
4 цилиндр |
|||||
|
ᴪ |
Мк |
ᴪ |
Мк |
ᴪ |
Мк |
ᴪ |
Мк |
$М |
|
0 |
0 |
180 |
-429,617 |
360 |
9660,935 |
540 |
525,6307 |
9756,94916 |
|
30 |
28,73559 |
210 |
-787,857 |
390 |
2417,386 |
570 |
-266,213 |
1392,05267 |
|
60 |
444,4783 |
240 |
129,028 |
420 |
652,122 |
600 |
-485,85 |
739,777851 |
|
90 |
354,7164 |
270 |
718,2001 |
450 |
438,1204 |
630 |
-222,118 |
1288,91847 |
|
120 |
-306,454 |
300 |
400,1009 |
480 |
83,85983 |
660 |
574,9025 |
752,409253 |
|
150 |
89,32086 |
330 |
10422,36 |
510 |
80,44164 |
690 |
72,45374 |
10664,5714 |
|
180 |
-429,617 |
360 |
9660,935 |
540 |
525,6307 |
720 |
-75,9257 |
9681,02349 |
Расчет поршня
Длина поршня
H = (1.0…1.7)*D = 1.3*108 = 140.4 мм
Толщина днища поршня
δ = (0.05…0.1)*D = 0.1*108 = 10.8 мм
Расстояние от днища до оси пальца
H1 = (0.45…0.75)*D = 0.75*108 = 81 мм
Длина направляющей части поршня
L = (0.6…1.0)*D = 0.8*108 = 86.4 мм
Расстояние от днища до первой канавки
l = (0.06…0.12)*D = 0.12*108 = 12.96 мм
Наружный диаметр пальца
dп = (0.22…0.28)*D = 0.28*108 = 30.24 мм
Расстояние между торцами бобышек
l3 = (0.3…0.5)*D = 0.5*108 = 54 мм
Средний диаметр бобышек
dб = (1.3…1.6)*dп = 1.6*30.24 = 48.38 мм
Толщина стенки направляющей части поршня
S1 = 4.5 мм
Толщина кольца
a = (0.04…0.05)*D = 0.05*108 = 5.4 компрессионного
a = (0.038…0.043)*D = 0.040*108 = 4.32 маслосъёмного
Высота кольца
b = 4 мм
Толщина стенки головки поршня
S = (0.05…0.1)*D = 0.1*108 = 10.8 мм
Радиальный зазор между кольцом и канавкой поршня
Δa = (0.7…0.95) = 0.8 компрессионного
Δa =(0.9…1.1) = 1.0 маслосъёмного
Внутренний диаметр поршня
D1 = D-2*(S+a+ Δa) = 108-2*(10.8+5.4-0.8) = 77.2 мм
Длина опорной поверхности под поршневой палец
l2 = (0.2…0.25)*D = 0.2*108 = 21.6 мм
Высота канавок под поршневые кольца
bk = b+ Δb = 4+0.08 = 4.08 мм
Высота пояска между кольцевыми канавками
b1 = bk
Напряжение изгиба
σи = 0.17*pz*D12/δ2 = 0.17*4.612*77.22/10.82 = 40.06 МПа