Материал: Проект дизельного двигателя для сельскохозяйственного трактора номинальной мощностью 70 кВт

Проект дизельного двигателя для сельскохозяйственного трактора номинальной мощностью 70 кВт

Аннотация

В выпускной квалификационной работе в соответствии с заданием разработан эскизный проект двигателя для сельскохозяйственного трактора номинальной мощностью 70 кВт при частоте вращения вала 2400 мин-1 с газотурбинным наддувом.

Выполнены расчет цикла, динамический и прочностной расчеты основных деталей, проведено уравновешивание двигателя, описаны его основные системы.

В исследовательском разделе произведен расчёт турбины и компрессора, обоснован выбор конкретного турбокомпрессора и приведены характеристики совместной работы двигателя и турбокомпрессора.

Abstract

conceptual design of the engine for the farm tractor developed in the final qualifying work in accordance with the mission, with a nominal capacity of 70 kWt a speed of 2400 min-1 with gas turbine charging.calculation of the cycle, dynamic and strength calculations of the basic details, held trim engine, describes its main system.work in the research section the calculation of the turbine and compressor, the choice of a particular turbocharger and shows the characteristics of the joint operation of the engine and turbocharger.

Содержание

Введение

1. Техническое задание на проектирование двигателя

1.1 Цель разработки и область применения

.2 Технические требования

2. Расчёт цикла дизеля

2.1 Выбор исходных данных

.2 Анализ вычисленных показателей и параметров

3. Статистический анализ выпускаемых двигателей

. Моделирование регуляторной характеристики проектируемого дизеля.

. Динамический расчёт

5.1 Уравновешивание двигателя

5.2 Определение наиболее нагруженного режима

.3 Удельные суммарные силы, действующие в КШМ

. Расчёт на прочность основных деталей двигателя1

6.1 Расчёт коленчатого вала

.2 Расчёт шатуна

.3 Расчёт подшипников скольжения

.4 Расчёт шатунных болтов

.5 Расчёт цилиндро-поршневой группы

7. Расчёт механизма газораспределения

7.1 Профилирование безударного кулачка

.2 Расчёт профиля безударного кулачка

.3 Расчёт клапанной пружины

.4 Расчёт распределительного вала

8. Описание двигателя

. Исследовательский раздел

9.1 Расчёт турбокомпрессора

.2 Расчёт радиально-осевой турбины

.3 Обоснование выбора турбокомпрессора

Библиографический список

Приложения

Введение

Тенденции развития двигателестроения в настоящее время характеризуются увеличением удельной мощности поршневых двигателей, форсированием современных двигателей, повышение энергоэффективности при одновременном росте требований к надежности. Работы по модернизации серийных и созданию новых тракторов продолжаются. Для этого необходимо реализовать в производстве комплекс мероприятий, направленных на снижение вредного воздействия на окружающую среду в соответствии с требованиями, предъявляемыми при обязательной сертификации тракторов. Среди задач, которые предстоит срочно решать отечественной тракторной промышленности, на одном из первых мест находится создание производства современных дизелей мощностью 60-100 кВт для тракторов тягового класса 3. Задача повышения удельной мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Однако самое простое решение - повысить мощность двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения частоты вращения коленчатого вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой ситуации является применение газотурбинного наддува.

1. Техническое задание на проектирование двигателя

Провести кинематический и динамический расчеты кривошипно-шатунного механизма дизеля номинальной мощности Neн = 62 кВт при частоте вращения nн = 2300 мин-1 , с коэффициентом приспособляемости μ≥1,15 , скоростным коэффициентом Kn ≤ 0, 71.

В качестве прототипа рекомендуется выбрать Д-240 номинальной мощности Neн = 56,4 кВт; nн = 2300 мин-1; Memax=258 Нм; =1600 мин-1

1.1 Цель разработки и область применения

Двигатель предназначен для установки на сельскохозяйственный трактор с улучшенными технико-экономическими показателями. Двигатель должен обеспечивать эксплуатацию техники при рабочей температуре окружающего воздуха согласно ГОСТ 15150-88 от +40°С до -40°С в условиях умеренного климата.

1.2 Технические требования

Основные параметры и размеры проектируемого двигателя приведены в табл. 1.

Основные параметры и размеры

Составные части изделия и применяемые при производстве материалы приведены в табл. 2.

Таблица 2

Составные части изделия и применяемые материалы

2. Расчёт цикла дизеля

.1 Выбор исходных данных

Расчёт цикла проводится на двух режимах: номинальной мощности Ne при номинальной частоте вращения коленчатого вала n; максимального крутящего момента max при частоте вращения коленчатого вала . Исходные данные для расчёта цикла дизельного двигателя приведены в табл. 1.

Сначала проводится расчёт цикла при заданной номинальной мощности Ne при частоте вращения n, отношению хода поршня S к диаметру цилиндра D, длине шатуна L и величине λ=r/L (приняв, что D=0; S=0). При этом определяется ориентировочные значения S и D. Выбираем отношение S/D=1,136, L=230 мм, а отношение кривошипа к длине шатуна λ=r/L=0,272 (по прототипу). После их окончательного выбора S=125 мм и D=110 мм проводятся уточнённые расчёты на двух режимах.

Результаты расчёта цикла дизельного двигателя по программе DIZ (разработанной на кафедре) на режимах номинальном и максимального крутящего момента приведены в табл. 1 и 2

Таблица 3

Исходные показатели и параметры для расчёта цикла дизельного двигателя

2.2 Анализ вычисленных показателей и параметров

Для анализа полученных показателей и параметров в результате расчётов цикла дизеля на двух режимах сведём их в табл.2 и сравним их с рекомендуемыми. Скоростной коэффициент равен 1700/2300=0,708<0,71, номинальный коэффициент запаса крутящего момента

µ=(319,67-280,92)/319,67=0,12<0,14.

Таблица 4

Вычисленные параметры после расчёта цикла дизельного двигателя

Таким образом, выбор параметров дизеля выбран в соответствии с заданием. Расчётные показатели двигателя находятся в рекомендуемых диапазонах

3. Статистический анализ выпускаемых двигателей

Для сравнения эффективных показателей проектируемого двигателя (литровая мощность, поршневая мощность, коэффициент приспособляемости, скоростной коэффициент) с лучшими зарубежными проведем статистический анализ на основе данных фирм, выпускающих двигатели. Выбор аналогов проводили по значениям эффективной мощности 55 - 65,5 кВт. Методами статистической обработки определим среднее значение, стандартное отклонение, и построим графики нормального распределения указанных выше показателей (таблица полученных значений приведена ниже).

По данным таблицы и графикам на листе 1 видно, что проектируемый двигатель соответствует лучшим зарубежным. (Прил. 3.)

4. Моделирование регуляторной характеристики проектируемого дизеля

Моделирование проводилось по методике А.Н.Гоца[2]. Моделирование позволяет построить регуляторную характеристику проектируемого дизеля с погрешностью не более 5%.

За прототип берём регуляторную характеристику двигателя, подобного проектируемому. Переводим его РХ в безразмерные величины, по которым строим регуляторную характеристику проектируемого дизеля.

Уравнения безразмерных величин полученных у двигателя Д-240:

Для проектируемого дизеля безразмерные величины будут иметь вид:

Для регуляторной ветви:

Для коректорной ветви:

Для прототипа дизеля Д-240 после перевода регуляторной характеристики в безразмерные показатели получены следующие выражения:

Для регуляторной ветви:

Для коректорной ветви:

После подстановки в левую часть полученных уравнений текущих значений и  проектируемого двигателя получим следующие значения РХ. (Табл.5.)