Материал: Расчёт двигателя КамАЗ-740
Степень предварительного расширения
[29]
Давление в конце сгорания, МПа
[30]
Объем цилиндра в конце сгорания Vz , м3
[31]
.6 ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ
Давление в цилиндре на участке предварительного расширения принимают величиной постоянной, равной рz.
Степень последующего расширения
. [32]
При последующем расширении давление
в цилиндре уменьшается в результате увеличения объема и рассчитывается по
формуле
, [30]
где np - показатель политропного расширения (1,22) [5].
Температура в конце процесса
расширения Тв, К
. [31]
Таблица 3. Индикаторная диаграмма
|
Линия сжатия |
Линия расширения |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
180 |
1,442 |
0,092 |
360 |
0,085 |
8,038 |
|
190 |
1,435 |
0,093 |
370 |
0,098 |
8,038 |
|
200 |
1,412 |
0,095 |
380 |
0,137 |
5,972 |
|
210 |
1,374 |
0,098 |
390 |
0,199 |
3,809 |
|
220 |
1,322 |
0,103 |
400 |
0,282 |
2,507 |
|
230 |
1,254 |
0,111 |
410 |
0,382 |
1,743 |
|
240 |
1,173 |
0,122 |
420 |
0,494 |
1,280 |
|
250 |
1,078 |
0,137 |
430 |
0,614 |
0,087 |
|
260 |
0,972 |
0,158 |
440 |
0,736 |
0,794 |
|
270 |
0,857 |
0,189 |
450 |
0,857 |
0,662 |
|
280 |
0,736 |
0,234 |
460 |
0,972 |
0,569 |
|
290 |
0,614 |
0,295 |
470 |
1,078 |
0,503 |
|
300 |
0,494 |
480 |
1,173 |
0,454 |
|
|
310 |
0,382 |
0,562 |
490 |
1,254 |
0,419 |
|
320 |
0,282 |
0,849 |
500 |
1,322 |
0,94 |
|
330 |
0,199 |
1,365 |
510 |
1,374 |
0,376 |
|
340 |
0,137 |
2,276 |
520 |
1,412 |
0,364 |
|
350 |
0,098 |
3,579 |
530 |
1,435 |
0,357 |
|
360 |
0,087 |
4,345 |
540 |
1,442 |
0,355 |
3.7 ИНДИКАТОРНЫЕ И ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ДВИГАТЕЛЯ
Среднее индикаторное давление рi,
МПа
[32]
где μ - коэффициент полноты индикаторной диаграммы, учитывающий отличие действительной диаграммы по сравнению с расчетной (0,97) [2].
Индикаторная мощность двигателя Ni,кВт
, [33]
где τ - тактность двигателя (2 или 4)
Средний индикаторный момент Мi, Нм
[34]
Экономичность работы цикла двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторным к.п.д., который представляет собой отношение тепла, преобразованного в индикаторную работу цикла Li к теплу, затраченного за цикл топлива Qm
[35]
Индикаторный к.п.д. двигателя можно
определить по формуле, полученной после преобразования
[36]
Удельный индикаторный расход
топлива, г/кВт.ч
[37]
Среднее давление механических
потерь, МПа
, [38]
где Vn - средняя
скорость поршня м/с
[39]
aм и bм - эмпирические коэффициенты, зависящие от соотношения хода поршня к диаметру цилиндра и типа двигателя[6].
n - частота вращения двигателя, об/мин
Механический к.п.д. двигателя
[40]
Среднее эффективное давление, МПа
[41]
Эффективный к.п.д. двигателя
[42]
Эффективная мощность двигателя Ne, кВт
[43]
Эффективный момент Ме, Нм
[44]
Удельный эффективный расход топлива,
г/кВт ч
[45]
Часовой расход топлива, кг/час
[46]
Таблица 3. Индикаторные и эффективные показатели двигателя
|
Параметр |
Индикаторные параметры |
Эффективные показатели |
|
Мощность, кВт |
203 |
152,6 |
|
Частота вращения, об/мин |
2500 |
2500 |
|
Момент, Нм |
775,4 |
582 |
|
К.п.д. |
0,53 |
0,40 |
|
Удельный расход топлива, г/кВт ч |
159,9 |
212,8 |
|
Часовой расход топлива, кг/ч |
- |
32,4 |
Силы, действующие в кривошипно - шатунном
механизме
4. ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
К выполнению данного проекта приступают после определения показателей рабочего процесса. Расчеты проводят в следующей последовательности:
1. определение движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.
2. определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме и крутящего момента.
Для проведения расчетов необходимо составить
схему сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.
.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАСС ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ
КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
Масса возвратно-поступательно движущихся частей,
кг
ma=mп+mшп;
[47]
ma=3,4+0,320=3,72
где mп - масса поршня, кг;
mшп - масса шатуна, приведенная к поршню, кг.
Масса вращающихся частей mв,
кг
mв=mк+mшк,
[48]
mв=6,5+3,08·2=12,66
где mк - масса кривошипа;
mшк - масса шатуна, приведенная к кривошипу, кг.
Так как при V-образном
расположении цилиндров обычно с кривошипом шарнирно соединяется два шатуна
разных цилиндров то в этом случае масса шатуна, приведенная к кривошипу должна
быть удвоена.
.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В
КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ И КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
Сила от давления газов на поршень Pг, Н
[49]
Где рг - давление газов в цилиндре,
МПа.
Сила инерции возвратно-поступательно
движущихся масс, Н
[50]
Суммарная сила, действующая на поршень, Н
а=Pг + Pj [51]
Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра, Н
N=Pа
tgβ
[52]
Где β - угол отклонения шатуна от оси цилиндра
Сила действующая вдоль шатуна, Н
Pш= Pа/Cosβ
[53]
Радиальная сила, действующая на кривошип, Н
[54]
Центробежная сила действующая на кривошип, Pц, Н
ц= - mв·r·ω2 [55]
Полная радиальная сила на кривошипе, Н
RΣ = PR+ Pц [56]
Тангенциальная сила на одном
кривошипе, Н
[57]
Крутящий момент на кривошипе от
одного цилиндра, Нм
Μк=PТ·r [58]
Результаты расчета сил и момента на
кривошипе сводят в таблицах
Таблица 5. Силы, действующие на поршень
|
φ,град |
р, МПа |
Рг, кН |
Рj, кН |
Ра, кН |
|
0 |
0,092 |
-0,10 |
-23,29 |
-23,29 |
|
10 |
0,092 |
-0,10 |
-22,61 |
-22,71 |
|
20 |
0,092 |
-0,10 |
-20,92 |
-21,02 |
|
30 |
0,092 |
-0,10 |
-18,25 |
-18,35 |
|
40 |
0,092 |
-0,10 |
-14,84 |
-14,90 |
|
50 |
0,092 |
-0,10 |
-10,82 |
-10,92 |
|
60 |
0,092 |
-0,10 |
-6,59 |
-6,69 |
|
70 |
0,092 |
-0,10 |
-2,39 |
-2,49 |
|
80 |
0092 |
-0,10 |
1,55 |
1,45 |
|
90 |
0,092 |
-0,10 |
5,01 |
4,91 |
|
100 |
0,092 |
-0,10 |
7,86 |
7,76 |
|
110 |
0,092 |
-0,10 |
10,06 |
9,96 |
|
120 |
0,092 |
-0,10 |
11,60 |
11,50 |
|
130 |
0,092 |
-0,10 |
12,56 |
12,46 |
|
140 |
0,092 |
-0,10 |
13,07 |
12,97 |
|
150 |
0,092 |
-0,10 |
13,25 |
13,15 |
|
160 |
0,092 |
-0,10 |
13,26 |
13,16 |
|
170 |
0,092 |
-0,10 |
13,21 |
13,11 |
|
180 |
0,092 |
-0,10 |
13,19 |
13,09 |
|
190 |
0,093 |
-0,09 |
13,21 |
13,12 |
|
200 |
0,095 |
-0,07 |
13,26 |
13,19 |
|
210 |
0,098 |
-0,03 |
13,25 |
13,22 |
|
220 |
0,104 |
0,03 |
13,06 |
13,10 |
|
230 |
0,111 |
0,12 |
12,56 |
12,68 |
|
240 |
0,122 |
0,24 |
11,59 |
11,83 |
|
250 |
0,137 |
0,41 |
10,05 |
10,45 |
|
260 |
0,158 |
0,64 |
7,85 |
8,49 |
|
270 |
0,187 |
0,98 |
4,99 |
5,97 |
|
280 |
0,230 |
1,46 |
1,53 |
2,99 |
|
290 |
0,295 |
2,19 |
-2,40 |
-0,21 |
|
300 |
0,396 |
3,34 |
-6,61 |
-3,27 |
|
310 |
0,562 |
5,22 |
-10,84 |
-5,62 |
|
320 |
0,849 |
8,47 |
-14,86 |
-6,36 |
|
330 |
1,365 |
14,29 |
-18,27 |
-3,97 |
|
340 |
2,278 |
24,60 |
-20,93 |
3,67 |
|
350 |
3,579 |
39,34 |
-22,62 |
16,72 |
|
360 |
4,345 |
48 |
-23,19 |
24,81 |
|
360 |
8,038 |
89,77 |
-23,19 |
66,58 |
|
370 |
89,77 |
-22,61 |
67,16 |
|
|
380 |
5,972 |
66,52 |
-20,91 |
45,61 |
|
390 |
3,809 |
41,95 |
-18,24 |
23,71 |
|
400 |
2,507 |
27,22 |
-14,78 |
12,43 |
|
410 |
1,743 |
18,58 |
-10,80 |
7,78 |
|
420 |
1,280 |
13,34 |
-6,57 |
6,77 |
|
430 |
0,087 |
10,03 |
-2,37 |
7,66 |
|
440 |
0,794 |
7,84 |
1,56 |
9,40 |
|
450 |
0,662 |
6,34 |
5,02 |
11,36 |
|
460 |
0,569 |
5,29 |
7,87 |
13,17 |
|
470 |
0,503 |
4,54 |
10,06 |
14,61 |
|
480 |
0,454 |
4,01 |
11,650 |
15,60 |
|
490 |
0,419 |
3,60 |
12,57 |
16,16 |
|
500 |
0,94 |
3,31 |
13,07 |
16,38 |
|
510 |
0,376 |
3,10 |
13,25 |
16,36 |
|
520 |
0,364 |
2,96 |
13,26 |
16,23 |
|
530 |
0,357 |
2,89 |
13,26 |
16,11 |
|
540 |
0,355 |
2,87 |
13,19 |
16,06 |
|
550 |
0,118 |
0,19 |
13,21 |
13,40 |
|
560 |
0,118 |
0,19 |
13,26 |
13,45 |
|
570 |
0,118 |
0,19 |
13,25 |
13,44 |
|
580 |
0,118 |
0,19 |
13,06 |
13,25 |
|
590 |
0,118 |
0,19 |
12,56 |
12,74 |
|
600 |
0,118 |
0,19 |
11,59 |
11,77 |
|
610 |
0,118 |
0,19 |
10,04 |
10,23 |
|
620 |
0,118 |
0,19 |
7,84 |
8,03 |
|
630 |
0,118 |
0,19 |
4,98 |
5,16 |
|
640 |
0,118 |
0,19 |
1,51 |
1,70 |
|
650 |
0,118 |
0,19 |
-2,42 |
-2,24 |
|
660 |
0,118 |
0,19 |
-6,63 |
-6,44 |
|
670 |
0,118 |
0,19 |
-10,86 |
-10,67 |
|
680 |
0,118 |
0,19 |
-14,84 |
-14,65 |
|
690 |
0,118 |
0,19 |
-18,28 |
-18,09 |
|
700 |
0,118 |
0,19 |
-20,94 |
-20,76 |
|
710 |
0,118 |
0,19 |
-22,62 |
-22,44 |
|
720 |
0,118 |
0,19 |
-23,19 |
-23,0 |
Таблица 6. Силы, действующие на шатун и кривошип
|
φ,град |
р, Мпа |
Рш, кН |
РR, кН |
РТ, кН |
Mk, Нм |
|
0 |
0,092 |
-23,29 |
-23,29 |
0 |
0 |
|
10 |
0,092 |
-22,74 |
-22,18 |
-5,01 |
-300,8 |
|
20 |
0,092 |
-21,12 |
-19,08 |
-9,06 |
-543,5 |
|
30 |
0,092 |
-18,53 |
-14,62 |
-11,38 |
-683 |
|
40 |
0,092 |
-15,14 |
-9,69 |
-11,63 |
-697,7 |
|
50 |
0,092 |
-11,17 |
-5,22 |
-9,88 |
-592,8 |
|
60 |
0,092 |
-6,89 |
-1,92 |
-6,61 |
-396,9 |
|
70 |
0,092 |
-2,57 |
-0,22 |
-2,56 |
-153,8 |
|
80 |
0092 |
1,50 |
-0,15 |
1,49 |
89,7 |
|
90 |
0,092 |
5,10 |
-1,40 |
4,91 |
294,3 |
|
100 |
0,092 |
8,06 |
-3,50 |
7,26 |
435,9 |
|
110 |
0,092 |
10,31 |
-5,91 |
8,44 |
506,6 |
|
120 |
0,092 |
11,84 |
-8,19 |
8,55 |
512,7 |
|
130 |
0,092 |
12,75 |
-10,07 |
7,82 |
469,1 |
|
140 |
0,092 |
13,17 |
-11,43 |
6,55 |
392,9 |
|
150 |
0,092 |
13,28 |
-12,30 |
4,99 |
299,5 |
|
160 |
0,092 |
13,22 |
-12,79 |
3,33 |
199,8 |
|
170 |
0,092 |
13,13 |
-13,02 |
1,66 |
99,4 |
|
180 |
0,092 |
13,09 |
-13,09 |
0 |
0 |
|
190 |
0,093 |
13,14 |
-13,03 |
-1,66 |
-99,9 |
|
200 |
0,095 |
13,25 |
-12,82 |
-3,34 |
-200,7 |
|
210 |
0,098 |
13,35 |
-12,37 |
-5,03 |
-301,6 |
|
220 |
0,104 |
13,31 |
-11,54 |
-6,62 |
-397,2 |
|
230 |
0,111 |
12,97 |
-10,24 |
-7,96 |
-477,6 |
|
240 |
0,122 |
12,18 |
-8,42 |
-8,80 |
-528 |
|
250 |
0,137 |
10,82 |
-6,20 |
-8,87 |
-532,2 |
|
260 |
0,158 |
8,82 |
-3,82 |
-7,95 |
-477 |
|
270 |
0,187 |
6,21 |
-5,9*7 |
-358 |
|
|
280 |
0,230 |
3,11 |
-0,31 |
-3,09 |
-185,4 |
|
290 |
0,295 |
-0,22 |
-0,02 |
0,22 |
13,1 |
|
300 |
0,396 |
-3,37 |
-0,94 |
3,24 |
194,1 |
|
310 |
0,562 |
-5,75 |
-2,69 |
5,09 |
305,1 |
|
320 |
0,849 |
-6,46 |
-4,14 |
4,96 |
297,4 |
|
330 |
1,365 |
-4,01 |
-3,17 |
2,46 |
147,7 |
|
340 |
2,278 |
3,69 |
3,33 |
-1,58 |
-94,7 |
|
350 |
3,579 |
16,74 |
16,33 |
-3,67 |
-220,4 |
|
360 |
4,345 |
24,81 |
24,81 |
0 |
1,5 |
|
360 |
8,038 |
66,58 |
66,58 |
0,07 |
4,1 |
|
370 |
8,038 |
67,24 |
65,57 |
14,90 |
893,7 |
|
380 |
5,972 |
45,82 |
41,37 |
19,69 |
1181,7 |
|
390 |
3,809 |
23,94 |
18,87 |
14,72 |
883,5 |
|
400 |
2,507 |
12,63 |
8,08 |
9,71 |
582,7 |
|
410 |
1,743 |
7,95 |
3,71 |
7,04 |
422,3 |
|
420 |
1,280 |
6,97 |
1,94 |
6,7 |
401,8 |
|
430 |
0,087 |
7,93 |
0,69 |
7,9 |
473,9 |
|
440 |
0,794 |
9,77 |
-0,98 |
9,72 |
583 |
|
450 |
0,662 |
11,82 |
-3,26 |
11,36 |
681,7 |
|
460 |
0,569 |
13,68 |
-5,95 |
12,32 |
739,2 |
|
470 |
0,503 |
15,12 |
-8,68 |
12,38 |
742,9 |
|
480 |
0,454 |
16,06 |
-11,12 |
11,59 |
695,2 |
|
490 |
0,419 |
16,53 |
-13,07 |
10,13 |
607,8 |
|
500 |
0,94 |
16,64 |
-14,44 |
8,26 |
495,6 |
|
510 |
0,376 |
16,51 |
-15,31 |
6,2 |
371,9 |
|
520 |
0,364 |
16,30 |
-15,78 |
4,1 |
245,8 |
|
530 |
0,357 |
16,12 |
-16 |
2,02 |
121,5 |
|
540 |
0,355 |
16,06 |
-16,06 |
0 |
-0,9 |
|
550 |
0,118 |
13,42 |
-13,31 |
-1,71 |
-102,5 |
|
560 |
0,118 |
13,51 |
-13,07 |
-3,42 |
-205,1 |
|
570 |
0,118 |
13,57 |
-12,57 |
-5,12 |
-307 |
|
580 |
0,118 |
13,46 |
-11,67 |
-6,71 |
-402,4 |
|
590 |
0,118 |
13,04 |
-10,29 |
-8,01 |
-480,5 |
|
600 |
0,118 |
12,12 |
-8,38 |
-8,76 |
-525,8 |
|
610 |
0,118 |
10,59 |
-6,06 |
-8,68 |
-520,9 |
|
620 |
0,118 |
8,34 |
-3,61 |
-7,52 |
-451,1 |
|
630 |
0,118 |
5,37 |
-1,47 |
-5,17 |
-310 |
|
640 |
0,118 |
1,77 |
-0,17 |
-1,76 |
-105,4 |
|
650 |
0,118 |
-2,31 |
-0,21 |
2,30 |
138,3 |
|
660 |
0,118 |
-6,63 |
-1,86 |
6,36 |
381,9 |
|
670 |
0,118 |
-10,92 |
-5,11 |
9,64 |
576,6 |
|
680 |
0,118 |
-14,88 |
-9,55 |
11,41 |
684,7 |
|
690 |
0,118 |
-18,27 |
-14,43 |
11,19 |
671,6 |
|
700 |
0,118 |
-20,85 |
-18,85 |
8,90 |
534,2 |
|
710 |
0,118 |
-22,46 |
-21,92 |
4,91 |
294,4 |
|
720 |
0,118 |
-23,0 |
-23,0 |
0 |
-2,9 |