Материал: Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип СМД-62)

Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип СМД-62)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования “Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого”

Кафедра: “Сельскохозяйственные машины”

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу “ТРАКТОРЫ и АВТОМОБИЛИ”

на тему: «РАСЧЕТ АВТОТРАКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ПРОТОТИП СМД-62)»

Выполнил: Малащенко Е.Ю.

Проверил: преподаватель Хиженок В.Ф.

Гомель 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ДВИГАТЕЛЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И УДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

.1 Выбор основных параметров двигателя

.2 Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна

.3 Выбор размеров и числа цилиндров

.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

.5 Определение параметров рабочего цикла дизеля

.6 Расчет индикаторных параметров четырехтактного дизеля

. ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ

.1 Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД

.2 Анализ результатов теплового расчета

.3 Расчёт поршня

. ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОТРАКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

.1 Построение регуляторной характеристики в функции от частоты вращения

.2 Построение регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности

. ДИНАМИКА И УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВС

.1 Выбор основных конструктивных параметров

.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

.2.1 Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец

.2.2 Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

.2.3 Расчет момента инерции и параметров маховика

.3 Неравномерность крутящего момента и хода двигателя, векторные и развернутые диаграммы давлений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Двигатели внутреннего сгорания - наиболее распространенный тип тепловых двигателей. На их долю приходится более 80 % всей вырабатываемой в мире энергии. Благодаря компактности, высокой экономичности, надежности, долговечности они используются во всех областях народного хозяйства и являются единственным источником энергии на строительных и дорожных машинах, на которых применяются в основном дизели автотракторного типа.

Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных в ходе изучения теоретического курса дисциплины «Тракторы и автомобили», а также при выполнении практических и лабораторных работ по данному курсу; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.

Приведенная в настоящей курсовой работе последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе, которая указана в списке литературы.

Помимо основных параметров, указанных в исходных данных, при выполнении курсовой работы студенту необходимо самостоятельно выбрать ряд величин, расчет основных параметров двигателя без которых не представляется возможным. Они выбираются на основе сведений о принятом прототипе двигателя. В данной курсовой работе прототипом является автотракторный двигатель СМД-62, который нашел широкое применение на грузовых автомобилях.

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ И УДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

.1 Выбор основных параметров двигателя

Тенденция в развитии двигателей автомобилей и тракторов заключается в повышении их мощностных и экономических показателей при одновременном снижении массы и габаритов. В соответствии с этой тенденцией наблюдается рост параметров: степень сжатия, среднее эффективное давление, литровая и поршневая мощность, частота вращения коленчатого вала, надежность работы двигателя при уменьшении его массы и удельного расхода топлива.

.2 Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна λ= R/L для современных автотракторных двигателей составляет 0,21...0,30. Принимаем λ=0,272.

.3 Выбор размеров и числа цилиндров

Выбор размеров и числа цилиндров производится на основе следующих соображений.

Диапазон возможного изменения диаметра цилиндра определяют, используя зависимость D=f(n_н). В соответствии с рекомендациями принимаем диаметр цилиндра D = 120 мм, а ход поршня S = 132 мм.

Ориентировочно средняя скорость поршня:

м/с.

По заданным номинальной мощности N_eH, частоте вращения коленчатого вала п_н, оцененным размерам цилиндра определяем их число i. Число цилиндров определяется уровнем форсирования двигателя по мощности, т.е. литровой мощностью. Для определения литровой мощности N_eл по известному диаметру цилиндра D целесообразно использовать графики N_eл=f(D) (рисунок. 1.2 [1]). Принимаем N_eл =15 кВт/л.

По принятому диаметру цилиндра устанавливают пределы изменения литровой мощности двигателя N_eл и цилиндровую мощность:

 кВт,

где V_h - рабочий объем цилиндра, л;

кВт.

При заданной эффективной мощности двигателя N_ен=130 кВт требуемое число цилиндров:

.

Принимаем число цилиндров i=8.

После определения числа цилиндров уточняем значение литровой мощности по формуле:

кВт/л;

кВт/л.

.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

Коэффициент избытка воздуха α определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя. Для номинального режима работы дизелей без наддува с непосредственным впрыском

Принимаем

Степень сжатия ε определяется способом смесеобразования (внутреннее или внешнее), свойствами топлива, наличием наддува и т.п.

Таблица 1 - Определение степени сжатия

.5 Определение параметров рабочего цикла дизеля

Параметры рабочего цикла (процесса) двигателя определяются при выполнении теплового расчета. По его результатам определяются индикаторные параметров рабочего цикла, КПД и экономичность, уточняются основные размеры проектируемого двигателя.

1.6 Расчет индикаторных параметров четырехтактного дизеля

Параметры окружающей среды и остаточных газов

Атмосферные условия принимаем: МПа; K. Давление остаточных газов для дизелей без наддува МПа. Температуру остаточных газов принимаем из интервала K. Значения p₀ и T₀ в последующих расчетах принимаются равными давлению и температуре на выходе из компрессора p_к и T_к.

Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

кг/кг топлива,

где С, Н, О - весовая доля соответствующих компонентов.

кмоль/кг топлива,

где μ_B масса 1 кмоля воздуха (μ_B =28,96 кг/кмоль).

кг/кг топлива;

кмоль/кг топлива.

Количество свежего заряда:

 кмоль/кг,

где α - коэффициент избытка воздуха.

кмоль/кг.

Помимо поступившего воздуха в цилиндре находятся остаточные газы, количество которых определяется по формуле:

кмоль/кг топлива.

Коэффициент остаточных газов:

кмоль/кг топлива.

Общее количество газов, находящихся в цилиндре в конце сжатия:

кмоль/кг топлива;

кмоль/кг топлива.

Общее количество продуктов сгорания:

кмоль/кг топлива;

кмоль/кг топлива.

С учетом остаточных газов количество газов, находящихся в цилиндре в конце сгорания:

кмоль/кг топлива;

кмоль/кг топлива.

При этом химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Определение параметров рабочего цикла

Здесь определяются параметры состояния газов (абсолютное давление p и абсолютная температура Т) в характерных точках индикаторной диаграммы. Такими точками являются: а - конец впуска; с - конец сжатия; z - конец сгорания; b - конец расширения.

Для этого в последовательном порядке определяются:

Давление p_a и температура T_a в конце процесса впуска:

,

где p_a - величина потери давления на впуске, МПа.

где β - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξ_вп - коэффициент сопротивления впускной системы; ω_вп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы, м/с; ρ_к - плотность заряда на впуске, кг/м³.

Принимаем для дизелей ; м/с.

;

МПа;

МПа.

Действительный коэффициент остаточных газов:

Принимаем подогрев свежего заряда ΔT = 8ºК.

.

Температура в конце впуска:

К;

К.

Коэффициент наполнения:

Давление p_c и температура Т_с в конце процесса сжатия:

МПа.

К.

где n₁ - показатель политропы сжатия, который для автотракторных двигателей рассчитывается по формуле:

МПа.

К.

Давление р_z и температур, а T_z в конце сгорания (расчет процесса сгорания). Принимаем

Давление р_z:

МПа;

МПа.

Температура Т_z определяется из уравнения сгорания:

где mC_v - средняя мольная теплоемкость воздуха при постоянном объеме, кДж/ (кмоль∙град); mC_p - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении, кДж/(моль∙град); ξ - коэффициент использования теплоты; H_u - низшая теплота сгорания топлива (для дизельного топлива кДж/кг).

Коэффициент использования принимаем ξ = 0,8.

Средние мольные теплоемкости:

.

Подставляя в уравнение значения средних мольных теплоемкостей, после преобразований получим значение К.

Давление p_b и температура Т_b в конце расширения.

Степень предварительного расширения подсчитывается по формуле:

Степень последующего расширения:

двигатель маховик кривошип дизель

;

.

Показатель политропы расширения принимаем