Материал: Монтаж судовых холодильных установок

При построении диаграммы касательных усилий по оси абсцисс откладывают углы поворота радиуса мотыля, а по оси ординат значения РK, соответствующим этим углам.

Отрезок, равный основанию диаграммы движущих усилий, разбивают на участки по 15°. Для учета поправки Брикса берут отрезок АВ, равный одному ходу поршня в масштабе чертежа развернутой индикаторной диаграммы. Проводят полуокружность радиусом R=0,13м и вправо от центра О откладывают поправку Брикса:

где L - длина шатуна:

Рисунок 1 - К аналитическому определению касательных усилий

Из точки О' через каждые 15° проводят прямые до пересечения с полуокружностью. Спроецировав полученные точки пересечения на основание АВ, получим различные положения поршня с учетом влияния конечной длины шатуна, которые наносим на диаграмму движущих усилий. Для участков сжатия и выпуска величину ОO' откладывают влево от ВМТ.

Далее снимают с диаграммы движущих усилий величины Р для 15°, 30°, 45° и т.д.

Затем, вычисляют значения РК и откладывают их в масштабе по вертикали на отрезке оси ОХ из точек, соответствующих тем же углам поворота радиуса мотыля.

Ординату наивысшей точки диаграммы, соответствующей концу горения, определяют следующим образом. Из точки Z опускают перпендикуляр на ось абсцисс, который продолжают до пересечения с полуокружностью. Затем полученную точку соединяют с центром О' и измеряют угол a1. Далее значение РК для угла a1 определяют обычным способом. Для дизелей наибольшее значение PК достигает при a1=18¸26° за ВМТ.

Соединив концы отмеченных ординат плавной кривой, получим диаграмму удельных касательных усилий. Знак удельной силы РК считается положительным, если направление РК совпадает с направлением движения поршня, и отрицательным, если РК направлена в сторону, противоположную его перемещению. При положительном значении РК силы, действующие в механизме, будут являться движущими, а при отрицательном - силами сопротивления.

Площадь диаграммы удельных касательных усилий есть величина, пропорциональная работе касательной силы за один цикл. Силы инерции изменяют только форму диаграммы, а площадь ее остается неизменной, так как работа этих сил за полный цикл равна нулю.

.3.11 Суммарная диаграмма касательных усилий

Изменение касательного усилия всего двигателя представляется суммарной диаграммой касательных усилий, которая для всех цилиндров может быть построена путем суммирования ординат кривых касательных усилий от всех цилиндров, сдвинутых по отношению друг к другу на угол a0 - угол поворота радиуса мотыля между двумя последовательными вспышками.

Угол a0 из условия равномерности вращения коленчатого вала принимается для четырёхтактных двигателей равным 720^о/i.

Для построения суммарной диаграммы основание диаграммы касательных усилий делят на участки, соответствующие углу оборота мотыля между двумя последовательными вспышками.

Далее каждый участок делят на одинаковое число равных отрезков и нумеруют их.

Ординаты кривой, соответствующие одним и тем же номерам точек, графически суммируют, в результате чего находят ординаты суммарной кривой касательных усилий.

Соединив концы ординат, получим кривую одного участка. На остальных участках кривая будет повторяться.

На суммарную диаграмму касательных усилий наносят линию сопротивления приводимого в действие агрегата (гребной винт, электрогенератор). Постоянная удельная сила сопротивления tС находится из уравнения:

Значение tC можно найти так же, как отношение разности положительных и отрицательных площадок суммарной диаграммы касательных усилий рабочих цилиндров к длине диаграммы.

.3.12 Определение махового момента и главных размеров маховика

Из диаграммы касательных усилий видно, что в каждый момент прохождения цикла суммарное значение касательного усилия будет изменяться как по величине, так и по направлению. Следовательно и вызванный этим усилием крутящий момент так же не останется постоянным. Это означает, что коленчатый вал вращается неравномерно.

Неравномерности вращения характеризуются степенью неравномерности:

где wmax - максимальная угловая скорость за цикл, с-1;

wmin - минимальная угловая скорость за цикл, с-1;

wcp - средняя угловая скорость, равная:

Рекомендуемые значения степенью неравномерности при номинальном режиме работы двигателей лежат в следующих пределах d=(1/100...1/300). Принимаем d=1/300.

Вес и размеры маховика можно определить из выражения махового момента двигателя:

- масса маховика, кг;- диаметр окружности, проходящий через центр тяжести маховика;М - момент инерции вращения маховика.

=16,9-2,58=14,3 кг м2

где J - момент инерции массы всех вращающихся частей шатунно-мотылевого механизма, приведенный к шейке мотыля;ДВ - момент инерции массы движущихся частей двигателя.

Значение J может быть определено из выражения:

 кг/м²

Момент инерции массы движущихся частей двигателя оценивается следующим образом:

=0,2·764·0,132=2,58 кг/м²

где Мп=mn·F·i=764 кг/м²- радиус мотыля.

Диаметр DМ определяется из уравнения:

=2,8·0,26=0,76 м

Диаметр должен быть выбран из расчета, чтобы окружная скорость на внешней окружности обода чугунного маховика не превышала 25-30 м/с, а стального - 40¸45 м/с.

=44 м/с

Масса маховика

 кг

Масса обода:

кг

Полная масса маховика:

=150 кг

1.3.13 Определение уравновешенности ДВС

Под внешней неуравновешенностью ДВС понимается наличие в нем периодических сил или моментов сил, передающихся на фундамент. Причиной внешней неуравновешенности ДВС являются силы инерции приведенных поступательно движущихся масс (ПДМ) и неуравновешенных вращающихся масс КШМ всех цилиндров, а также опрокидывающие моменты (определяется характером диаграммы суммарных тангенциальных сил).

Порядок аналитического способа расчета уравновешенности ДВС

следующий:

. Строится в произвольном масштабе схема вала, определяется центр тяжести ДВС и расстояния от центра тяжести до осей всех цилиндров. Обозначим условно массу одного цилиндра за 1. Координату центра масс Х можно определить из уравнения

=7.5H

. Принимается величина условной центробежной силы РУ=1 Н.

. Находятся углы развала мотылей j для всех цилиндров ДВС при положении мотыля первого цилиндра в ВМТ.

. Строится схема мотылей, и каждый мотыль нагружается условной центробежной силой РУ=1 Н.

. Определяются силы инерции 1-го порядка, как составляющие условных центробежных сил инерции:

·   в вертикальной плоскости

·   в горизонтальной плоскости

б. Определяется момент сил инерции относительно центра тяжести двигателя в вертикальной и горизонтальной плоскостях:

где РУ - условная центробежная сила;

j - угол развала мотылей;- расстояние от центра тяжести двигателя до оси соответствующего цилиндра.

Принято, что величина h имеет знак плюс, если расположена слева относительно центра тяжести, и знак минус, если расположена справа относительно центра тяжести. Знак момента определяется знаком h.

. Находятся неуравновешенные силы и моменты сил инерции как алгебраическая сумма сил и моментов сил инерции всех цилиндров. Результаты сводятся в таблицу

Затем определяется:

Положение вектора моментов на диаграмме мотылей относительно мотыля первого цилиндра, расположенного в ВМТ, определяется углом j1 из выражения:

. Аналогично определяются неуравновешенные силы инерции и моменты сил инерции 2-го порядка:

·   строится схема мотылей 2-го порядка

-определяются угол 2j, силы инерции 2-го порядка и моменты сил инерции 2-го порядка;

·   данные расчетов заносятся в таблицу

·   определяются:

. Определяются неуравновешенные силы и моменты от системы сил вращающихся масс. Неуравновешенные силы и моменты сил инерции определяются при положении мотыля в ВМТ. Методика определения аналогична методике определения неуравновешенных сил и моментов инерции 1-го порядка. Строится схема мотыля 1-го порядка, определяются углы j. Каждый мотыль нагружается условной центробежной силой РУ=1 Н, которая переносится в точку О на оси коленчатого вала и каждая из перенесенных сил раскладывается на две составляющие, которые находятся по уравнениям:

Неуравновешенный момент в вертикальной и горизонтальной плоскостях находится по зависимостям: