Определение среднего индикаторного давления




графическим методом

Среднее индикаторное давление графическим методом определяется с использованием формулы Симпсона, для чего построенная теоретическая индикаторная диаграмма разбивается на четное число частей.

 

Рисунок 2.2 - Схема определения среднего индикаторного давления методом Симпсона

 

Площадь фигуры асс1zbа определяется по выражению, мм2:

=10/3(60+2304+984)=11160,  

где h – интервал разбиения, мм;

=70+0=60;  
; S2=4∙(166+118+77+54+43+34+29+25+20+10)=2304;  
S3=2∙(146+94+66+50+38+32+27+23+16)=984;  

– разность ординат в начальной и конечной точках деления,

мм;

– разность ординат в нечетных точках деления, мм;

– разность ординат в четных точках деления, мм.

Тогда среднее индикаторное давление определится по формуле, МПа:

Pi=S/mp∙Lh=11160/(40∙200)=1.395>Pi=1.368,  

где – масштаб по оси давления, мм/МПа;

– длина отрезка, соответствующего объему , мм.

Расхождение значения Pi, полученного при тепловом расчете, и значения , определенного по индикаторной диаграмме, не должно превышать 0.02 МПа.

 

 

2. Динамический расчет двигателя

 

Значения сил и моментов, действующих в двигателе, определяются силой давления газов в цилиндре , силами инерции поступательно и вращательно движущихся масс, центробежными силами инерции , силами сопротивления, силами трения и весом деталей кривошипно-шатунного механизма .

За полный рабочий цикл сила давления газов , силы инерции , эффективный момент и момент сопротивления изменяются как по значению, так и по направлению.

Центробежная сила инерции изменяется только по направлению. Сила тяжести деталей шатунно-поршневой группы G остается постоянной и по значению, и направлению.

Для расчета деталей двигателя на прочность и износостойкость вычисляются удельные (приходящиеся на 1 м2 площади поршня) максимальные, минимальные и средние значения сил и моменты для ряда последовательных положений кривошипа. Силы и моменты определяются для расчетного (номинального) режима работы двигателя.

Используя индикаторную диаграмму, рассчитывается зависимость избыточного давления газов от угла поворота коленчатого вала . Построение диаграммы производится от ВМТ для четырехтактного двигателя (начало наполнения), для двухтактного двигателя – от НМТ (начало сжатия).

Для двигателя с расходящимися поршнями за ВМТ принимается внутреннее положение поршней.

Удельная сила избыточного давления газов, Н/м2,

РГ = Р – РО,  

где РГ= 0,1033 – удельное давление среды на поршень со стороны картера двигателя, МПа.

Диаграмма избыточного давления газов строится следующим образом. Под индикаторной диаграммой на базе отрезка строится полуокружность (основная) с центром О. От центра О в сторону НМТ откладывается поправка Брикса, получается центр О' полуокружности, из которого произвольным радиусом проводится дополнительная полуокружность. Она разбивается на равные части по 20оп.к.в. для четырехтактных и по 10оп.к.в. для двухтактных двигателей. Из центра О' через точки разбиения проводятся радиусы до пересечения с основной окружностью, где и получаются расчетные точки, соответствующие определенному углу поворота коленчатого вала. Полученные точки проектируются на линии индикаторной диаграммы, где в соответствующем масштабе определяется сила давления газов (P) для определенного угла поворота коленчатого вала. Затем рассчитывается сила избыточного давления газов и строится диаграмма.

 

Удельная сила инерции поршня, Н/м2:

; PJП=(-39,43/0.0665)∙0.15∙77,452∙(cosj+l1∙cos2j); Fп=pD2/4=3.14∙0.2912/4=0.0665,  

где – масса поршня в сборе, кг;

R – радиус кривошипа, м;

– площадь поршня, м2;

w – угловая скорость вращения вала, с–1.

При вращении коленчатого вала шатун совершает сложное движение, которое можно рассматривать как результат двух перемещений:

поступательного (с поршнем вдоль оси цилиндра);

вращательного (вокруг оси поршневого пальца).

Силу инерции шатуна обычно заменяют двумя: силой инерции части массы шатуна, совершающей поступательное движение вместе с поршнем, и силой инерции остальной части массы шатуна, сосредоточенной на цапфе кривошипа и вращающейся вместе с ней.

Для двигателей средней быстроходности (линейная скорость поршня не превышает 6,5 м/с) можно принять: 30 % массы шатуна двигается поступательно, 70 % массы шатуна совершает вращательное движение.

Тогда удельная сила инерции шатуна, отнесенная к пальцу поршня, Н/м2,

; PJШП=-0.3(88,9/0.0665)∙0.15∙77,452∙(cosj+(1/4.3)∙cos2j);  

Где =88.9 – масса шатуна, кг.

 
 
Удельная сила инерции части массы шатуна, отнесенная к цапфе главного вала:

=((0.7∙88,9)/0.0665)∙0.15∙77,452=0,842 МПа  

При равномерном вращении коленчатого вала двигателя (n = const) колено будет давать лишь одну центробежную силу, удельная величина которой определится по формуле, Н/м2:

=(134,05/0.0665)∙77,452∙0.0773=0,935 МПа,  

где – масса колена (двух щек и цапфы), кг;

– расстояние центра тяжести колена от оси вала, м.

При проведении расчетов истинную массу колена заменяют массой, приведенной к радиусу кривошипа, кг:

 

 

=(134,05∙0,0773)/0,15=69,08 кг,  

тогда

=69,08∙0.15∙77,452/0.0665=0,935 МПа.  

Для определения расстояния от центра тяжести колена до оси вала eо используется расчетная схема, приведенная на рис.:

 

Составив уравнение равновесия моментов сил относительно оси О–О, получим:

; ε0=(2∙584,13∙0.075+58,53∙0.1323)/(2∙584,13+58,53)=0.0773 м,  

где – вес щеки и шатунной шейки вала, Н;

– расстояние от оси вращения вала до центра тяжести щеки и ша-тунной шейки соответственно, м.

При выполнении динамического расчета эскизная компоновка колена вала и определение массовых характеристик основных деталей двигателя выполняются с использованием табл. 4.1, и 4.2.

С учетом плотности материала вала (, Н/м3) определяется вес коренной, шатунной шеек и щеки вала соответственно:

; PКШ=3.14∙(0.218-0.120)2∙0.15∙78000/4=88,21 H; dk=0.75∙0.291=0.218 м; dкв=0,55∙dk =0.55∙0.218=0.12 м; lкш=0.65*dk=0.65∙0.218=0.142м;  
; PШ.Ш.=3.14(0.189-0.104)2∙0.1323∙78000/4=58,53 H; dш=0,65∙D=0,65∙0,291=0,189 м; dшв=0,55∙dш=0.55∙0.189=0.104 м; lшш=0,7∙dш=0,7∙0,189=0,1323 м;  
; PЩ=0.291∙0.0728(0.15+(0.189/2)+(0.218/2))∙78000=584,13 H; b=1∙D=0,291 м; n=0,25∙D=0.25∙0.291=0.0728 м.  

 

 

Истинная масса колена, кг,

 

MK=2∙PЩ+PШШ+PKШ=(2∙584,13+58,53+88,21)/9.81=134,05 кг.  

 

Масса поршня в сборе, кг:

 

=(42∙0,291)/0.31=39,43 кг,  

где , – масса поршня, кг, и диаметр цилиндра, м, двигателя-об-

разца;

D – диаметр цилиндра проектируемого двигателя, м.

Масса шатуна, кг,

=(98∙0,644)/0.71=88,9 кг; Lш=Rпр/l1=0,15/0.233=0,644; Rпр=(D∙l1)/2=(0.291∙1.0313)/2=0.15 м; l1=Sобр/Dобр=0,33/0,32=1,0313,  

где , – масса, кг, и длина, м, шатуна двигателя-образца;

– длина шатуна проектируемого двигателя, м.

Угловая частота вращения вала, мин -1,

=(3.14∙750)/30=77,45,  

где n – частота вращения вала двигателя, мин -1.

Подставив найденное значение и определив , найдем силу инерции колена.

На основании выполненных расчетов определяются:

суммарная сила инерции поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма, Н/м2,

; PJП Σ=((-39.43+0,3∙88.9)/0,0665)∙0,15∙77.452(cosj+l1∙cos2j);  

 

суммарная сила инерции вращающихся масс, Н/м2:

; PJВΣ=(0.7∙88.9+69.08)∙0.15∙77.452/0.0665=1.777 МПа;  

суммарная сила инерции кривошипно-шатунного механизма, Н/м2:

=Pjпå+1.777.  

Вдоль оси цилиндра действуют: сила инерции поступательно движущихся масс и сила избыточного давления газов . Сила, действующая по оси цилиндра, Н/м2, равна алгебраической сумме этих сил:

.  

Так как ось шатуна в общем случае наклонена к оси цилиндра, то суммарная сила , передаваясь на шатун, раскладывается на силу , действующую нормально к стенке цилиндра, и силу К, действующую по оси шатуна, Н/м2:

;    
, (3.21)
       

где – угол между осью цилиндра и осью шатуна, град.

Сила К, передающаяся на шатунную шейку вала, в свою очередь раскладывается на две составляющие, одна из которых направлена касательно к окружности, описываемой радиусом кривошипа (касательная сила T), а другая,

(радиальная сила Z) – по направлению радиуса колена

Сила Т является единственной, обусловливающей крутящий момент на валу дизеля, так как направление действия радиальной силы Z всегда проходит через ось вращения вала.

 

Силы Т и Z определяются по формулам, Н/м2:

 
 

 

Зависимость угла b от угла поворота радиуса кривошипа j оценивается выражением:

 

Эффективный крутящий момент на валу, Н×м,

 

Помимо радиальных сил вдоль радиуса кривошипа действует растягивающая центробежная сила , которая всегда постоянна и направлена по радиусу кривошипа, поэтому суммарная радиальная сила, Н/м2,

 

По результатам динамического расчета необходимо построить диаграммы:

Перспективные тепловозные дизели имеют V-образное расположение цилиндров, при котором на одну шатунную шейку действуют силы от левого и правого цилиндров.

Построение удельных суммарных диаграмм касательных и радиальных сил, приложенных к одной шатунной шейке V-образного двигателя, производится по результатам алгебраического или геометрического сложения одноименных диаграмм, сдвинутых относительно друг друга на угол, равный интервалу между вспышками в правом и левом цилиндре в соответствии с порядком их работы.

Для многоцилиндрового дизеля интервал между соседними вспышками определится по выражению, оп.к.в.:

.=(180∙4)/6=120 оп.к.в.  

Построение удельной диаграммы суммарных касательных сил для двигателя, имеющего Z цилиндров, осуществляется путем суммирования диаграммы касательных сил, построенной для одного цилиндра Z раз со сдвигом относительно друг друга на угол . Удельная средняя тангенциальная сила представляет собой отношение площади фигуры, заключенной между осью абсцисс и диаграммой суммарных касательных сил для всего двигателя, к ее длине.

Степень неравномерности крутящего момента характеризует не только неравномерность работы двигателя, но также и максимальный крутящий момент для заданной мощности. Значение силы определяется по формуле Симпсона.

Конечным результатом при выполнении динамического расчета двигателя является проверка расчетной индикаторной мощности, кВт, по формуле:

 

TСР=1.334 МПа;

Niдин=82,163∙Тср∙D2∙R∙n; Ni дин=82.163∙1.334∙0.2912∙0.15∙740=1030,25 Вт; Ni тепл=Nе/ηмех; Ni тепл= 880/0,8=1000 Вт;   ((Ni дин-Ni тепл)/Ni дин) ∙100% = =((1030,25-1000)/1030,25)∙100%= 2,9 %.  

При сравнении значения Ni, полученного в результате теплового расчета, и значения, полученного в результате динамического расчета, отклонение не должно превышать

5– 7 %. ВЕРНО!

 

Список использованной литературы

 

1. Т и щ е н к о А. И. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам. М., 1976. 432 с.

2. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов /

А. Э. С и м п с о н, А. З. Х о м и ч, А. А. К у р и ц и др. М., 1987. 536 с.

3. Тепловозные дизели и их мощностные ряды. / А. Э. С и м п с о н,

ский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1993. 8 с.

4. СТП ОмИИТ-11-91. Курсовой и дипломный проекты. Правила

оформления пояснительной записки/ Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. Омск, 1993. 20 с.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате расчёта были определены параметры рабочего процесса. Построена индикаторная диаграмма и определено индикаторное давление эмпирическим и графическим методом, а так же проведено их совпадение. Сделан динамический расчет двигателя, в котором определены основные силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме двигателя. По результатам динамического расчёта построены диаграммы Pr=f(j); På=f(j); Z=f(j); Zå=f(j); Nст=f(j); K=f(j); T=f(j).Так же сделана проверка индикаторной мощности теплового и динамического расчёта их расхождение составило 5,6%.

 

 


φ р Рг Рjп Рjшп РjпΣ РjΣ РΣ N ст K T Z ZΣ БЕТТА М п
  0,158 0,0547 -0,658 -0,445 -1,103 0,674 -1,048 0,000 -1,048 0,000 -1,048 0,729 0,000  
  0,158 0,0547 -0,597 -0,404 -1,000 0,777 -0,945 -0,075 -0,948 -0,394 -0,863 0,914 4,562 -3932
  0,158 0,0547 -0,430 -0,291 -0,721 1,056 -0,667 -0,101 -0,674 -0,506 -0,446 1,331 8,597 -5044
  0,158 0,0547 -0,205 -0,138 -0,343 1,434 -0,288 -0,059 -0,294 -0,279 -0,093 1,684 11,619 -2786
  0,158 0,0547 0,024 0,016 0,041 1,818 0,095 0,022 0,098 0,098 -0,006 1,771 13,240  
  0,158 0,0547 0,209 0,142 0,351 2,128 0,406 0,095 0,417 0,383 -0,164 1,613 13,240  
  0,158 0,0547 0,329 0,222 0,551 2,328 0,606 0,125 0,619 0,463 -0,411 1,366 11,619  
  0,158 0,0547 0,387 0,262 0,649 2,426 0,704 0,106 0,712 0,371 -0,607 1,170 8,597  
  0,158 0,0547 0,406 0,275 0,681 2,458 0,735 0,059 0,738 0,196 -0,711 1,066 4,562  
  0,158 0,0547 0,409 0,277 0,686 2,463 0,741 0,000 0,741 0,000 -0,741 1,036 0,000  
  0,1625 0,0592 0,406 0,275 0,681 2,458 0,740 -0,059 0,742 -0,198 -0,716 1,061 -4,562 -1971
  0,175 0,0717 0,387 0,262 0,649 2,426 0,721 -0,109 0,729 -0,380 -0,622 1,155 -8,597 -3788
  0,1875 0,0842 0,329 0,222 0,551 2,328 0,636 -0,131 0,649 -0,485 -0,431 1,346 -11,619 -4839
  0,25 0,1467 0,209 0,142 0,351 2,128 0,498 -0,117 0,511 -0,470 -0,202 1,575 -13,240 -4687
  0,3875 0,2842 0,024 0,016 0,041 1,818 0,325 -0,076 0,334 -0,333 -0,019 1,758 -13,240 -3322
  0,65 0,5467 -0,205 -0,138 -0,343 1,434 0,204 -0,042 0,208 -0,197 0,066 1,843 -11,619 -1969
  1,225 1,1217 -0,430 -0,291 -0,721 1,056 0,400 -0,061 0,405 -0,304 0,268 2,045 -8,597 -3030
  2,85 2,7467 -0,597 -0,404 -1,000 0,777 1,747 -0,139 1,752 -0,728 1,594 3,371 -4,562 -7265
  5,625 5,5217 -0,658 -0,445 -1,103 0,674 4,419 0,000 4,419 0,000 4,419 6,196 0,000  
  6,78 6,6767 -0,597 -0,404 -1,000 0,777 5,677 0,453 5,695 2,367 5,179 6,956 4,562  
  4,175 4,0717 -0,430 -0,291 -0,721 1,056 3,350 0,507 3,388 2,542 2,241 4,018 8,597  
  2,325 2,2217 -0,205 -0,138 -0,343 1,434 1,879 0,386 1,918 1,820 0,605 2,382 11,619  
  1,4 1,2967 0,024 0,016 0,041 1,818 1,337 0,315 1,374 1,371 -0,078 1,699 13,240  
  1,0125 0,9092 0,209 0,142 0,351 2,128 1,260 0,297 1,295 1,190 -0,511 1,266 13,240  
  0,8 0,6967 0,329 0,222 0,551 2,328 1,248 0,257 1,274 0,953 -0,846 0,931 11,619  
  0,6 0,4967 0,387 0,262 0,649 2,426 1,146 0,173 1,159 0,604 -0,989 0,788 8,597  
  0,3 0,1967 0,406 0,275 0,681 2,458 0,877 0,070 0,880 0,234 -0,849 0,928 4,562  
  0,155 0,0517 0,409 0,277 0,686 2,463 0,738 0,000 0,738 0,000 -0,738 1,039 0,000  
  0,155 0,0517 0,406 0,275 0,681 2,458 0,732 -0,058 0,735 -0,196 -0,708 1,069 -4,562 -1951
  0,155 0,0517 0,387 0,262 0,649 2,426 0,701 -0,106 0,709 -0,369 -0,605 1,172 -8,597 -3683
  0,155 0,0517 0,329 0,222 0,551 2,328 0,603 -0,124 0,616 -0,460 -0,409 1,368 -11,619 -4591
  0,155 0,0517 0,209 0,142 0,351 2,128 0,403 -0,095 0,414 -0,380 -0,163 1,614 -13,240 -3793
  0,155 0,0517 0,024 0,016 0,041 1,818 0,092 -0,022 0,095 -0,095 -0,005 1,772 -13,240 -943
  0,155 0,0517 -0,205 -0,138 -0,343 1,434 -0,291 0,060 -0,297 0,282 -0,094 1,683 -11,619  
  0,155 0,0517 -0,430 -0,291 -0,721 1,056 -0,670 0,101 -0,677 0,508 -0,448 1,329 -8,597  
  0,155 0,0517 -0,597 -0,404 -1,000 0,777 -0,948 0,076 -0,951 0,395 -0,865 0,912 -4,562  
  0,158 0,0547 -0,658 -0,445 -1,103 0,674 -1,048 0,000 -1,048 0,000 -1,048 0,729 0,000  

 


φ т1 т2 т3 т4 т5 т6 т cумм
  0,000 0,463 -0,485 0,000 0,953 -0,460 0,471
  -0,394 0,371 -0,470 2,367 0,604 -0,380 2,098
  -0,506 0,196 -0,333 2,542 0,234 -0,095 2,038
  -0,279 0,000 -0,197 1,820 0,000 0,282 1,626
  0,098 -0,198 -0,304 1,371 -0,196 0,508 1,279
  0,383 -0,380 -0,728 1,190 -0,369 0,395 0,491
  0,463 -0,485 0,000 0,953 -0,460 0,000 0,471
  0,371 -0,470 2,367 0,604 -0,380 -0,394 2,098
  0,196 -0,333 2,542 0,234 -0,095 -0,506 2,038
  0,000 -0,197 1,820 0,000 0,282 -0,279 1,626
  -0,198 -0,304 1,371 -0,196 0,508 0,098 1,279
  -0,380 -0,728 1,190 -0,369 0,395 0,383 0,491
  -0,485 0,000 0,953 -0,460 0,000 0,463 0,471
  -0,470 2,367 0,604 -0,380 -0,394 0,371 2,098
  -0,333 2,542 0,234 -0,095 -0,506 0,196 2,038
  -0,197 1,820 0,000 0,282 -0,279 0,000 1,626
  -0,304 1,371 -0,196 0,508 0,098 -0,198 1,279
  -0,728 1,190 -0,369 0,395 0,383 -0,380 0,491
  0,000 0,953 -0,460 0,000 0,463 -0,485 0,471
  2,367 0,604 -0,380 -0,394 0,371 -0,470 2,098
  2,542 0,234 -0,095 -0,506 0,196 -0,333 2,038
  1,820 0,000 0,282 -0,279 0,000 -0,197 1,626
  1,371 -0,196 0,508 0,098 -0,198 -0,304 1,279
  1,190 -0,369 0,395 0,383 -0,380 -0,728 0,491
  0,953 -0,460 0,000 0,463 -0,485 0,000 0,471
  0,604 -0,380 -0,394 0,371 -0,470 2,367 2,098
  0,234 -0,095 -0,506 0,196 -0,333 2,542 2,038
  0,000 0,282 -0,279 0,000 -0,197 1,820 1,626
  -0,196 0,508 0,098 -0,198 -0,304 1,371 1,279
  -0,369 0,395 0,383 -0,380 -0,728 1,190 0,491
  -0,460 0,000 0,463 -0,485 0,000 0,953 0,471
  -0,380 -0,394 0,371 -0,470 2,367 0,604 2,098
  -0,095 -0,506 0,196 -0,333 2,542 0,234 2,038
  0,282 -0,279 0,000 -0,197 1,820 0,000 1,626
  0,508 0,098 -0,198 -0,304 1,371 -0,196 1,279
  0,395 0,383 -0,380 -0,728 1,190 -0,369 0,491
  0,000 0,463 -0,485 0,000 0,953 -0,460 0,471



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2022-12-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: