close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Конструкция и основы расчета энергет. установок (ПЗ 23.03.03)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Методические указания к практическим занятиям для студентов по
направлению подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов
профиль – Автомобильный сервис
Воронеж 2016
УДК 629.331
Новиков, А. И. Конструкция и основы расчета энергетических установок [Эл.
ресурс] : методические указания к практическим занятиям для студентов по направлению подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортно-технологических
машин и комплексов, профиль – Автомобильный сервис / А.И. Новиков; М-во
образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 43 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
(протокол № ___ от «___» ___________ 2016 г. )
Рецензент: зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора
Петра I» доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………………………………...
Практическое занятие № 1. Построение индикаторной диаграммы в коор-
4
динатах p-V и p-…………………………………………………………….....
Практическое занятие № 2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики………………………………………………………………..…..
Практическое занятие № 3. Расчет и построение кривой перемещения
поршня ……….……………………………………………………………...….
Практическое занятие № 4. Расчет и построение кривой скорости поршня.
Практическое занятие № 5. Расчет и построение кривой удельных сил
инерции ……………………………………………………..…………………..
Практическое занятие № 6. Расчет и построение суммарной кривой давления газов и удельных сил инерции ………………………….………...……
Практическое занятие № 7. Расчет и построение кривой крутящего момента одного цилиндра …………………….…………………………………
Практическое занятие № 8. Расчет и построение кривой крутящего момента ЭУ в целом …………………….……………………….…………….....
Библиографический список……………………………………………………
5
17
23
25
27
30
33
37
41
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Конструкция и основы расчета энергетических установок»
(индекс по учебному плану – Б1.В.ОД.16) относится к вариативной части профессионального цикла дисциплин основной образовательной программы направления подготовки 23.03.03– Эксплуатация транспортно-технологических
машин и комплексов (уровень бакалавриата) в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации
14.12.2015 №1470, и учебным планом направления, утвержденным ректором
ВГЛТУ.
Основной целью изучения дисциплины является получение студентами
знаний и навыков, позволяющих свободно влЭУеть комплексом эксплуатационно-технических требований, предъявляемых к конструкции, рабочим процессам
современных энергетических установок (ЭУ) транспортных и транспортнотехнологических машин и оборудования (ТиТТМО).
Практические занятия студентов, предусмотренные учебным планом в
объеме 0,5 зачѐтной единицы (18 акЭУемических часов), способствуют развитию следующих общекультурных (ОК), общепрофессиональных (ОПК) и профессиональных (ПК) компетенций:
– способности к самоорганизации и самообразованию (ОК-7);
– готовности применять систему фундаментальных знаний (математических, естественнонаучных, инженерных и экономических) для идентификации,
формулирования и решения технических и технологических проблем эксплуатации транспортно-технологических машин и комплексов (ОПК-3);
– способности разрабатывать и использовать графическую техническую
документацию (ПК-8).
Практическое занятие № 1
Построение индикаторной диаграммы в координатах p-V и p-
(трудоемкость – 4 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения индикаторной диаграммы по методикам
Брауэра, Брикса.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата
А1.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
При построении индикаторной диаграммы ее масштабы выбирают так,
чтобы высота диаграммы была равна 1,2…1,5 ее основания (рис. 1.1). Для этого
на оси абсцисс отклЭУываем отрезок АВ, соответствующий рабочему объему
цилиндра, а по величине равный ходу поршня S. Тогда величина, соответствующая объему камеры сгорания, определяется из соотношения:
АВ
ОА 
 1 .
Масштабы давлений и хода поршня рекомендуется выбирать
m p  0,02...0,025
m p  0,04
МПа
мм - для бензиновой ЭУ;
МПа
мм - для дизелей;
мм
мм при S  120...130 мм ;
мм
mS  1,5
мм при S  80...120 мм ;
мм
mS  2,0
мм при S  80 мм .
mS  1
По данным теплового расчета на диаграмме откладываем в масштабе величины давлений в характерных точках.
Рис. 1.1. Построение индикаторной диаграммы ЭУ методом Брауэра
Построение линий политроп сжатия и расширения осуществляется графическим способом Брауэра, который заключается в следующем.
Из начала координат проводим луч ОС под углом α = 15…200 по часовой
стрелке (вниз) от оси абсцисс, а лучи ОД и ОЕ под углом β1 и β2 от оси ординат
влево против часовой стрелки. Углы β1 и β2 определяются из соотношений:
n1
2




tg 1  1  tg    1 tg  2  1  tg    1




;
.
n
Политропа сжатия строится следующим образом. Из точки проводится горизонталь до пересечения с осью ординат. Из этой точки пересечения проводит-
ся линия под углом 450 к ординате (вертикали) до пересечения с лучом ОД. Из
точки пересечения проводится горизонталь (параллельная оси абсцисс) (рис. 1).
Затем из точки С опускается вертикаль до пересечения с лучом ОС, а из
точки пересечения проводится линия под углом 45 0 к вертикальной линии до
пересечения с осью абсцисс. Из последней точки восстанавливается вторая вертикальная линия до пересечения со второй горизонтальной линией. Полученная
точка пересечения принЭУлежит политропе сжатия.
Следующая точка политропы находится аналогично, но за исходную принимается предыдущая (только что найденная точка политропы сжатия).
Политропа расширения строится аналогично построению линии сжатия,
но с помощью лучей ОС и ОЕ, а за начало линии расширения принимается точка
Z.
Полученная диаграмма а с z в а является теоретической индикаторной
диаграммой, из которой расчетное индикаторное давление определяется по выражению
РiP 
f aczba
 m p , МПа
AB
,
где fаczba – площЭУь диаграммы в мм2;
mp
- масштаб давлений.
Значение
РiP
, полученное по этой формуле, должно быть равно значению
РiP
, полученному в результате теплового расчета.
Действительная индикаторная диаграмма а/ c/ с// z/ b/ b// a/ отличается от
теоретической, так как в реальной ЭУ за счет опережения зажигания рабочая
смесь воспламеняется до прихода поршня в в.м.т. и повышает давление в конце
процесса сжатия. Процесс видимого сгорания происходит при постоянно изменяющемся объеме. Действительное давление конца видимого сгорания
Pz /  0,85  Pz
.
Открытие выпускного клапана до прихода поршня в в.м.т. снижает давление в конце расширения и при положении поршня в в.м.т. имеют место процессы выпуска и наполнения цилиндра. Положение точки С/ зависит от угла опере-
жения зажигания, а положение точки С// ориентировочно определяется выражением
Pc //  (1,15...1,25)  Pc /
.
Расстояние точки z/ от оси ординат определяется жесткостью работы ЭУ и
находится в пределах 10…150 поворота кривошипа от в.м.т.
Положение точки в/ определяет угол предварения выпуска, а точку в//
обычно располагают между расчетными точками «в» и «а».
По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета определяются среднее индикаторное давление Рi и среднее давление насосных потерь
Рi 
f a / c / c // z / в / в // a /
AB
 mp
Рi 
f arв // a
AB
Рi
 mp
;
.
Построение индикаторной диаграммы дизеля
Индикаторная диаграмма 4-тактного дизеля строится аналогично построению индикаторной диаграммы бензиновой ЭУ.
Различие в построении заключается в том, что политрона расширения дизеля строится не из точки z, а из точки z/ .
Положение точки z/ определяется степенью предварительного расширения
.
Отрезок zz/ =ОА·(  -1), мм.
Построение индикаторной диаграммы в Р – φ координатах
1) Скругленную индикаторную диаграмму, построенную по результатам
теплового расчета ЭУ, необходимо перестроить из
Р – V координат в Р – φ
координаты, где φ – угол поворота коленчатого вала. Перестроение выполняют
методом Брикса с учетом поправки на длину шатуна
R
S 
2
R2
S 
2  lш ,
или
где R – рЭУиус кривошипа, lш – длина шатуна.
Перестроенная диаграмма представляет собой диаграмму избыточных сил давления газов в цилиндре. За начало отсчета принимается точка r.
На отрезке АВ, проведенном параллельно оси абсцисс индикаторной
диаграммы, описывается полуокружность рЭУиусом R с центром О. Затем через
20…300 из этого центра проводятся лучи (рЭУиусы).
От центра О вправо отклЭУывается величина S , и из полученной точки
О/ проводятся лучи, параллельные рЭУиусам, проведенным из центра О. Из точек пересечения этих лучей с полуокружностью возводятся вертикали до пересечения с линиями индикаторной диаграммы (рис. 5.1.).
Измеряются отрезки вертикалей от атмосферной линии до линий индикаторной диаграммы и переносятся на соответствующие углы поворота на абсциссу φ диаграммы в Р – φ координатах. Затем полученные точки обводятся плавной кривой, которая будет характеризовать избыточное давление в цилиндре за
все четыре цикла. В случае необходимости на отдельных участках находят давления газов в промежуточных точках между лучами, проведенными из точки О/ .
4. Порядок выполнения
По результатам расчета на программном комплексе ЭВМ построить индикаторные диаграммы с учетом методик Брауэра и Брикса.
1. Определяются абсциссы характерных точек в выбранном масштабе, соответствующие:
а) рабочему объему цилиндра, мм: AB=S/МS;
б) объему камеры сгорания, мм: ОА=АВ/(-1);
в) участку ZZ= ОА(-1), мм (прим.: для дизелей).
2. Определяются ординаты характерных точек в выбранном масштабе, соответствующие:
а) максимальной высоте диаграммы
- для бензиновых ЭУ (точка z), мм: pz/Мр;
- для дизелей (точка z), мм: pz/Мр.
б) давлению в конце процесса впуска (точка а), мм: pa/Мр;
в) давлению в конце процесса сжатия (точка с), мм: pc/Мр;
г) давлению в конце процесса расширения (точка b), мм: pb/Мр;
д) давлению в конце процесса выпуска (точка r), мм: pr/Мр;
ж) давлению окружающей среды: p0/Мр (для атмосферных ЭУ) или pк/Мр
(для ЭУ с нЭУдувом)..
3. Определяются ординаты ряда точек политроп сжатия и расширения при
зЭУанных значениях абцисс по соответствующим уравнениям:
n1
а) политропы сжатия p x  p a  (Va Vx ) ;
б) политропы расширения .
Для удобства расчета координат точек используют уравнения, учитывающие масштабы величин:
а) политропы сжатия:
px

Mp
pa
Mp
 OB 

 OX 

n1
б) политропы расширения:
p  OB 
px
 b 

M p M p  OX 
n2
Результаты расчетов координат точек заносят в таблицу 1.1. Расстояние
ОХ берется произвольным в интервале от ОА до ОВ, при этом расстояние ОХ
для первой и десятой точек будут, соответственно, равны ОА (для ЭУ с искровым зажиганием) или ОА+zz (для дизельных ЭУ), и ОВ. Для удобства расчета
ОХ до промежуточных точек: 2…9, можно брать, увеличивая его на одинаковый
интервал, который может быть найден из отношения расстояния между ОВ и ОА
на число промежуточных точек – девять.
Таблица 1.1
OB
№
ОХ,
Политропа сжатия
Политропа расширения
OX
n
n
p
px
px
px
OB  2
точек мм
 OB 
, МПа  OX
,

 OX 
Mp




M
,
p ,
Мпа
мм
мм
1
ОА или
1
x
ОА+zz
2
…
…
9
10
ОВ
Чем больше промежуточных точек, тем более плавные кривые политроп
сжатия и расширения можно получить на индикаторной диаграмме.
4. В левом верхнем углу листа миллиметровой бумаги формата А1 в выбранных масштабах рисуются оси координат диаграммы, наносится шкалы величин: давления по оси ординат и перемещения поршня по оси абсцисс.
5. В построенной системе координат наносятся все характерные и промежуточные точки, координаты которых были определены по п.п. 1…3 данной методики.
6. Соединяем все точки политроп сжатия и расширения плавными кривыми, а характерные точки прямыми линиями как показано на рис. 1.2. Полученная
индикаторная диаграмма является теоретической диаграммой ЭУ.
Рис. 1.2. Индикаторная диаграмма исправного
цилиндра бензинового АД
Рис. 1.3. Индикаторная диаграмма исправного
цилиндра дизельного АД с наддувом
7. Для получения действительной индикаторной диаграммы ЭУ, необходимо осуществить скругление теоретической диаграммы через дополнительные
характерные точки, отражающие фазы газораспределения впускных и выпускных клапанов, фазы процесса воспламенения и сгорания топлива.
Если известны численные значения углов открытия и закрытия клапанов,
начального угла опережения зажигания, продолжительности фазы зЭУержки
воспламенения, то абсциссы дополнительных характерных точек могут быть
найдены из уравнения перемещения поршня:
AX 
λ
AB 
λ

(1  Cos )  (1  Cos2 )

2 
4

r
l – критерий кинематического подобия КШМ, равный отношению
где
рЭУиуса кривошипа коленчатого вала к длине шатуна.
Ординаты этих точек находятся на пересечении их абсцисс с соответствующими участками теоретической индикаторной диаграммы.
Как правило, информация о фазах газораспределения и процесса воспламенения и сгорания топлива редко встречается в доступной технической литературе. Поэтому, скругление теоретической индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов.
Фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения
хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в
пределах, принятых в расчете. Кроме того, следует помнить, что в процессе сгорания топлива имеет место зЭУержка воспламенения, а нарастание давления
сгорания происходит в течение некоторого времени. При этом максимальное
давление газов снижается из-за увеличения их объема, вызванного движением
поршня от в.м.т. к н.м.т.
Для бензиновых ЭУ (nN5600 мин-1):
- начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 18° до
прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а») – через 60° после прохода поршнем н.м.т.;
- начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 55° до
прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') – через 25° после прохода поршнем в.м.т.
- угол опережения зажигания  принимается равным 35°, а продолжительность периода зЭУержки воспламенения - 1= 5°. Точка f расположена за
33°=40°-7° до в.м.т.
- действительное максимальное давление сгорания (точка pzд) принимается
за 15° после в.м.т.
Для высокофорсированных бензиновых (nN7000 мин-1):
- начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 25° до
прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а») – через 70° после прохода поршнем н.м.т.;
- начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 60° до
прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') – через 30° после прохода поршнем в.м.т.
- угол опережения зажигания  принимается равным 40°, а продолжительность периода зЭУержки воспламенения - 1= 7°. Точка f расположена за
33°=40°-7° до в.м.т.
- действительное максимальное давление сгорания (точка pzд) принимается
за 15° после в.м.т.
Для дизелей:
- начало открытия впускного клапана (точка r) устанавливается за 25° до
прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а) – через 60° после прохода поршнем н.м.т.;
- начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 60° до
прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') – через 25° после прохода поршнем в.м.т.
- угол опережения впрыска топлива  принимается равным 20°, а продолжительность периода зЭУержки воспламенения - 1= 8°. Точка f расположена
за 14°=20°-8° до в.м.т.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 1.2.
Таблица 1.2
λ

 Расположение тоОбознаПоложение точек 
(1  Cos )  4 (1  Cos2 )


чение то- (до в.м.т. или почек от в.м.т.
чек
сле н.м.т.)
(АХ), мм
r
a
a
Обозначение точек
Положение точек
(до в.м.т. или после н.м.т.)

λ


(1  Cos )  4 (1  Cos2 )


Расположение точек от в.м.т.
(АХ), мм
c
f
b
zд или
z
Проверка погрешности построения индикаторной диаграммы по величине
среднего индикаторного давления:
Δp i 
pi граф 
p i граф  p i расч
p i расч
 100 0 0
F
 Mp
AB
- среднее индикаторное давление, определенное по графику
где:
индикаторной диаграммы, МПа;
F' – площЭУь диаграммы, соответствующая полезной (индикаторной) работе цикла, ограниченная политропами расширения и сжатия и границами хода
поршня в цилиндре. Данная площЭУь может быть найдена путем построения
диаграммы на листе миллиметровой бумаги формата А4 и подсчета миллиметровых клеток в рассматриваемой области диаграммы. Другой способ менее трудоемок, но предполагает знание основ работы со средой «AutоCad» или «Kompas». Процедура определения площЭУи заключается в импорте сканированного
рисунка индикаторной диаграммы в программную среду, например, «AutоCad»
и выделении курсором мыши границ выбранной области диаграммы. Программа
автоматически выдает значение площЭУи.
Индикаторная диаграмма считается построенной правильно, если погрешность не превышает 5 %. Если погрешность превышает, то необходимо уменьшить или увеличить площЭУь диаграммы, путем корректировки скруглений.
Построение индикаторной диаграммы неисправного цилиндра.
Методика построения индикаторной диаграммы аналогична вышеприведенной, при этом необходимо учесть следующее:
 участки, соответствующие процессу сгорания топлива отсутствуют;
 максимальная высота диаграммы соответствует давлению в конце процесса сжатия – рс/Мр;
 политропа сжатия располагается выше политропы расширения, так как в
неработающем цилиндре работа сжатия газов больше работы расширения;
 линии впуска и выпуска газов располагаются ниже атмосферной линии,
при этом линия выпуска находится ниже линии впуска;
 характерные точки, соответствующие фазам процесса воспламенения и
сгорания топлива, на индикаторную диаграмму неисправного цилиндра не
наносятся;
 проверка погрешности построения индикаторной диаграммы не выполняется.
Общий вид индикаторной диаграммы неисправного цилиндра ЭУ приведен на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Индикаторная диаграмма неисправного
цилиндра АД
Практическое занятие № 2
Расчет и построение внешней скоростной характеристики
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения внешней скоростной характеристики ЭУ.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата
А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику
можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного
режима работы ЭУ - режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей.
Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале:
а) для бензиновых ЭУ от nmin = 600…1000 мин-1 до nmax= (1,05…1,20)nN;
б) для дизелей от nmin=300…800 мин-1 до nN, где nN - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.
Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим напряжением
деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д.; минимальная - определяется условиями устойчивой работы ЭУ при полной нагрузке.
Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500…1000 мин-1:
для бензиновых ЭУ
N ex  N e 
nx
nN
 n

n
 1  x  ( x ) 2 
n
n
N
N


(2.1)
для дизелей с неразделенными камерами
N ex  N e 
nx
nN


n
n
 0,87  1,13  x  ( x ) 2 
n
n
N
N


(2.2)
для дизелей с предкамерой
N ex  N e 
nx
nN


n
n
 0,6  1,4  x  ( x ) 2 
n
n
N
N


(2.3)
N ex  N e 

nx 
n
n
 0,7  1,3  x  ( x ) 2 
nN 
nN
nN 
(2.4)
для дизелей с вихревой камерой
В формулах (2.1)…(2.4) принято: Ne и nN - номинальная эффективная
мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин-1) при номинальной
мощности; Nex и пх - эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (мин-1) в искомой точке скоростной характеристики ЭУ.
По рассчитанным точкам в масштабе MN строят кривую эффективной
мощности.
Точки кривой эффективного крутящего момента (Н.м) определяют по
формуле
M ex  3 10 4  N ex /   nx
(2.5)
Кривая крутящего момента, построенная в масштабе ММ, выражает также
изменение среднего эффективного давления, но в масштабе Мр (МПа/мм):
M p  M M    / 103 Vл
(2.6)
Величину среднего эффективного давления рех (МПа) для рассчитываемых
точек можно определить по кривой Мех или из выражения
pex  N ex  30  /(Vл  nx )
(2.7)
Точки кривой среднего индикаторного давления находят по формуле
pix  pex  p мx
(2.8)
где рмх - среднее давление механических потерь (МПа) определяют в зависимости от типа и конструкции ЭУ по уравнениям
- для бензиновых ЭУ:
p м  0,024  0,0053  υп.ср.
- для дизелей с неразделенными камерами сгорания:
p м  0,089  0,0118  υп.ср.
- для предкамерных дизелей:
p м  0,103  0,0153  υп.ср.
- для дизелей с вихревыми камерами:
p м  0,089  0,0135  υп.ср.
где средняя скорость поршня, м/с:
υ п.ср. 
S nN
3  10 4 .
Кривая среднего индикаторного давления, построенная в масштабе Мр,
выражает также изменение индикаторного крутящего момента, но в масштабе
ММ (Н • м/мм):
M M  M p 103 Vл /(  )
(2.9)
Расчетные точки индикаторного крутящего момента можно определить по
кривой pix, или из выражения
M ix  pix Vл 103 /(  )
(2.10)
Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт•ч), в искомой точке скоростной характеристики: для бензиновых ЭУ


n
n
g ex  g eN  1,2  1,2  x  ( x ) 2 
nN
nN 

(2.11)
для дизелей с неразделенными камерами


n
n
g ex  g eN  1,55  1,55  x  ( x ) 2 
nN
nN 

(2.12)
где gеN — удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт • ч).
Часовой расход топлива, кг/ч
Gтx  g ex  N ex 10 3
(2.13)
Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться законом
изменения α по частоте вращения. Для бензиновых ЭУ с достаточной степенью
точности можно принять значения α постоянными на всех скоростных режимах,
кроме минимального. При nx=пmin следует принимать смесь несколько более
обогащенную, чем при nx=nN, т.е. при
 nmin   nN
Рис. 2.1. Внешняя скоростная характеристика бензинового АД
а) карбюраторного б) со впрыском топлива
_ _ _ _ неисправный АД
_______ исправный АД
Рис. 2.2. Внешние скоростные характеристики дизельного АД
б) с наддувом
а) без наддува
В дизелях при работе по скоростной характеристике с увеличением частоты вращения значение α несколько увеличивается. Для четырехтактного дизеля с непосредственным впрыском можно принять линейное изменение α,
причем  n  (0,7...0,8) n
При выбранном законе изменения αх коэффициент наполнения
min
N
vx  pex  lo   x  g ex /(3600   к )
(2.14)
По скоростной характеристике определяют коэффициент приспособляемости К, представляющий собой отношение максимального крутящего момента
M emax
к крутящему моменту
M eN
, при номинальной мощности:
K  M emax / M eN
(2.15)
Этот коэффициент служит для оценки приспособляемости ЭУ к изменению внешней нагрузки и характеризует способность ЭУ преодолевать кратковременные перегрузки. Для бензиновых ЭУ К=1,20…1,35; у дизелей кривая
крутящего момента протекает более полого и значения коэффициента приспособляемости К=1,05…1,20.
Расчет ВСХ для неисправного ЭУ
Ведется аналогично исправному с учетом следующих рекомендаций:
- номинальное значение мощности Ne в формулах (1.1)…(1.4) берется
меньшее в расчете на исправные цилиндры, т.е. необходимо пересчитать эффективную мощность ДВС по формуле
Ne 
p e  Vл  n
30  τ
из теплового расчета, принимая i равным числу исправных цилиндров, например 3.
- часовой расход топлива для неисправного ЭУ принимается одинаковым
как и для исправного ЭУ (несгоревшее топливо выбрасывается в атмосферу через выпускную систему в процессе выпуска);
- удельный эффективный расход топлива для неисправного ЭУ будет
больше, чем у исправного.
4. Порядок выполнения
По результатам расчета на ЭВМ построить в масштабе ВСХ в правом
верхнем углу миллиметрового листа и произвести ее анализ, отметив характерные точки.
Практическое занятие № 3
Расчет и построение кривой перемещения поршня
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения кривой перемещения поршня.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
4. Порядок выполнения
Перемещение поршня строим графически по методу Брикса.
При ходе поршня S = 120 мм, λ = 0,25 и μs = 1мм/мм поправка Брикса 00’
равна 00' 
S
120  0,25

 7,5 мм.
4M S
4 1
Построение кривой S X  f (V ) не требует табличных значений.
Рис. 3.2. Построение кривой перемещения поршня
Практическое занятие № 4
Расчет и построение кривой скорости поршня
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения кривой скорости поршня.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
4. Порядок выполнения
По зЭУанию n = 2460 мин-1, из теплового расчѐта S = 120 мм = 0,12 м.
В этом случае:
 = 0,104  2460 = 255,84 с-1;
R  S / 2  0,12 / 2  0,06 м;
R  255,84  0,06  15,3 м/с.
Таблица - Результаты расчѐта скорости поршня
,
№
грЭУ.
п/п
sin  
П.К.В

2
sin 2
R
V n , м/с
Vn ,
м / с V '  Vn
n
Vn ,мм
м
1
0
0
15,3
0
0,5
0
2
30
0,6083
15,3
9,3
0,5
18,6
3
60
0,9743
15,3
14,9
0,5
29,8
4
90
1,0
15,3
15,3
0,5
30,6
5
120
0,7577
15,3
11,59
0,5
23,2
6
150
0,3917
15,3
5,99
0,5
12
7
180
0
15,3
0
0,5
0
Рисунок 4.2 – Зависимость скорости поршня от его перемещения
Практическое занятие № 5
Расчет и построение кривой удельных сил инерции
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения кривой удельных сил инерции.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
4. Порядок выполнения
Массы прототипа, совершающие возвратно-поступательное движение:
m jnp  mn  mшп  1,9  0,784  2,684 кг
Диаметр цилиндра прототипа:
Dn.np  110 мм.
Находим площЭУь поршня прототипа: Fn.np  0,785 Dn2.np  9498,5 мм2.
Из зЭУания выписываем диаметр цилиндра проектируемого ЭУ: Dn. p  105
мм.
Находим площЭУь поршня проектируемого ЭУ:
Fn. p  0,785
2
Dn2. p  0,785 1052  8654,6 мм
Подсчитываем отношение площЭУи поршня проектируемого ЭУ к площЭУи поршня прототипа
К' 
Fn. p
Fn.np

8654,8
 0,91
.
9498,5
Подсчитываем подвижные массы проектируемого ЭУ
m jp  m jnp K '  2,684  0,91  2,45 кг
Определяем значения постоянного коэффициента К
К
т jp 2 R
Fp
103 
2,45  255,842  60 103
 1,1
8654,6
Таблица – Результаты расчѐта удельных сил инерции
№
п/п
, грЭУ.п.к.в.
cos   cos 2
К
рj
,
МПа
р
j
МПа
мм
р 'j 
1
0 360 360 720
1,25
1,1
-1,375
0,05
-27,5
2
30 330 390 690
0,991
1,1
-1,1
0,05
-21,8
3
60 300 420 660
0,375
1,1
-0,41
0,05
-8,25
4
90 270 450 630
-0,25
1,1
0,275
0,05
5,5
5
120 24 480 600
-0,625
1,1
0,69
0,05
13,75
6
150 210 510 570
-0,741
1,1
0,82
0,05
16,3
7
180 180 540 540
-0,75
1,1
0,83
0,05
16,5
рj
 pj
мм
Строим кривую р j  f (S ) (рис. 5.1).
Рисунок 5.1 – Кривая удельных сил инерции
Практическое занятие № 6
Расчет и построение суммарной кривой давления газов и удельных сил инерции
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения суммарной кривой давления газов и
удельных сил инерции.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
4. Порядок выполнения
Суммарная удельная сила равна
р  рг  р j . Суммирование произво-
дится графически. Форма кривой р приведена на рис. 6.1.
Рисунок 6.1 – Свернутые (в координатах   V ) и развернутые (в координатах    ) индикаторные диаграммы, а также кривые удельных сил инерции
(  j ) и удельных суммарных сил (   ):
а - для низкооборотной ЭУ; б - для высокооборотной ЭУ
Практическое занятие № 7
Расчет и построение кривой крутящего момента одного цилиндра
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения кривой крутящего момента одного цилиндра.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
4. Порядок выполнения
Определяем значение постоянного коэффициента К.
К   Р FП  R  10 6  0,05  0,008655  0,06  10 6  25,965  26
Последовательно умножаем значения К на lP и
sin(   )
. Заносим полуcos 
ченные результаты в столбец M K , Hм . Делим максимальную величину M К на 80
и получаем величину масштаба крутящего момента: 889/80 = 11,1. Округляем
 МК и окончательно принимаем  МК = 10. Делим каждое из значений M K , Hм на
10 и заносим в столбец М ' К , мм.
Таблица - Результаты расчѐта крутящего момента одного цилиндра дизеля
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Угол
l P
M
sin(   )
M ' K  K , мм
,
M K , Hм
поворота,° К
М
cos 
мм
к.в.
0
26
-27
0
0
0
30
26
-24
0,609
-379,6
-38,0
60
26
-11
0,976
-278,2
-27,8
90
26
8
1
208
20,8
120
26
16
0,756
314,6
31,5
150
26
17
0,391
171,6
17,2
180
26
18
0
0
0
210
26
17
-0,391
-171,6
-17,2
240
26
16
-0,756
-314,6
-31,5
270
26
9
-1
-234
-23,4
300
26
-3
-0,976
75,4
7,5
330
26
-4
-0,609
62,4
6,2
360
26
61
0
0
0
390
26
55
0,609
871
87,1
420
26
35
0,976
889,2
88,9
450
26
12
1
312
31,2
480
26
16
0,756
314,6
31,5
510
26
25
0,391
254,8
25,5
540
26
29
0
0
0
570
26
27
-0,391
-275,6
-27,6
600
26
21
-0,756
-413,6
-41,4
630
26
7
-1
-182
-18,2
660
26
-7
-0,976
176,8
17,7
690
26
-20
-0,609
317,2
31,7
720
26
-27
0
0
0
По данным табл. 11 строим кривую крутящего момента одного цилиндра
К
(рис. 7.1).
Рисунок 7.1 – Зависимость крутящего момента одного цилиндра от угла поворота коленчатого вала
Так как Мк = Р∑∙L, обратим внимание на точки, в которых либо сила (Р∑)
либо плечо (L) равны 0. В этих точках момент равен 0 (рис. 4.6).
Рисунок 7.2 – Нулевые значения крутящего момента одного цилиндра
Практическое занятие № 8
Расчет и построение кривой крутящего момента ЭУ в целом
(трудоемкость – 2 часа)
1. Цель работы
Приобрести навыки построения кривой крутящего момента ЭУ в целом.
2. Приборы и оборудование
Линейка, циркуль, транспортир, карандаш, бумага миллиметровая формата А1, калькулятор.
3. Теоретический материал для домашнего изучения
4. Порядок выполнения
Таблица – Результаты расчѐта суммарного крутящего момента ЭУ
Углы, при которых
Значения ординат
Сумма
Точ суммируются ордикрутящего момента
ординат,
ка наты крутящего моодного цилиндра
мм
мента
1
0 180 360 540
0
0
0
0
0
2
30 210 390 570
-38,0 –17,2 87,1 -27,5 4,3
3
60 240 420 600
-27,8 -31,5 88,9 -41,4 -11,8
4
90 270 450 630
20,8 -23,4 31,2 -18,2 10,4
5
120 300 480 660
31,5 7,5 31,5 17,7
88,2
6
150 330 510 690
17,2
6,2 25,5 31,7
80,6
7
180 360 540 720
0
0
0
0
0
Суммируем значение ординат крутящих моментов в каждой строчке и за-
Число
цилиндров
4
писываем результат в крайний правый столбец табл. 12. На его основе строим
кривую M K  f ( ) (рис. 8.1).
Рисунок 8.2 – Кривые крутящего момента ЭУ в целом (суммарного крутящего момента)
Величина среднего крутящего момента ЭУ равна
М К .ср. 
0  4,3  11,8  10,4  88,2  80,6
 28,6 мм
6
Рассчитываем величину среднего крутящего момента в натуральных единицах.
М К .ср.  М К .ср.М кр  28,6 10  286Нм .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Основная литература
1. Автомобильные двигатели [Текст] : доп. УМО вузов РФ по образованию в обл. трансп. машин и трансп.-технол. комплексов в качестве учеб. для
студентов высш. учеб. заведений / М. Г. Шатров, К. А. Морозов, И. В. Алексеев, А. С. Хачиян, С. А. Пришвин, Л. Н. Голубков [и др.]; под ред. М. Г. Шатрова. - 2-е изд., испр. - М. : АкЭУемия, 2011. - 464 с.
2. Тарасик В. П. Теория автомобилей и двигателей [Электронный ресурс]:
учеб. пособие / В. П. Тарасик, М. П. Бренч. - 2-e изд., испр. - М.: НИЦ ИнфраМ; Мн.: Нов. знание, 2013. - 448 с.– ЭБС Знаниум.
Дополнительная литература
3. Рабочие процессы, конструкция и основы расчета энергетических установок с ЭУ внутреннего сгорания [Текст] : доп. УМО вузов России по образованию в обл. энергетики и электротехники в качестве учеб. для студентов
высш. учеб. заведений / Ю. М. Крохотин [и др.] ; Ю. М. Крохотин, Л. В. Грехов,
Н. А. Иващенко, В. А. Марков. - Воронеж, 2011. - 600 с
4. Автомобильный транспорт [Текст] : ежемес. науч.-произв. журн. / М-во
автомоб. транспорта РСФСР, ЦК профсоюза рабочих автомоб. транспорта и
шоссейных дорог. - М. : Транспорт, 1923-.
Новиков Артур Игоревич
КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Методические указания по самостоятельной работе студентов
направления подготовки 23.03.03 – Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов,
профиль – Автомобильный сервис
Редактор Е.А. Попова
Подписано в печать . . . Формат 60×90 1/16. Объѐм п. л.
Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. . Тираж 100 экз. Заказ
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет им.
Г.Ф. Морозова»
РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»
394087, Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
5 264 Кб
Теги
установок, энергет, конструкции, основы, расчет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа