ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ

2.3 ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЯ

Индикаторная диаграмма двигателя - это графическое представление процессов, составляющих рабочий цикл двигателя в координатах P-V. Давление рабочего тела Р откладываем по оси ординат, а объем занимаемый им в цилиндре двигателя V - по оси абсцисс. Поскольку этот объем является линейной функцией перемещения поршня, то для удобства часто давление откладываем как функцию перемещения (хода) поршня (S). Масштабы по осям выбираем удобными с точки зрения построения и дальнейшего считывания с графика изображенных величин. Например, для давления p = 0,05 МПа/мм. Соотношение масштабов по осям рекомендуется принимать так, чтобы высота диаграммы в 1,4...1,7 раза превышала ее основание.

В курсовой работе рекомендуется при построении индикаторной диаграммы пользоваться относительным объемом Vx = V/Vа . То есть, точка В (рис. 1), соответствующая полному объему цилиндра по оси абсцисс имеет координату равную 1, а точка А, соответствующая объему камеры сгорания координату 1/x. Отрезок ОА соответствующий объему камеры сгорания в этом случае равен: ОА = АВ/(e-1) (60)

Политропы сжатия и расширения можно строить графическими или аналитическим методом. Используем аналитический метод, при котором координаты промежуточных точек рассчитываем по формулам:

- для политропы сжатия:  (61)

- для политропы расширения:  (62)

Результаты расчета удобно представить в виде таблицы 2.

Отложив и соединив тонкими линиями все расчетные точки получим расчетную индикаторную диаграмму. Для получения действительной индикаторной диаграммы необходимо "скруглить" расчетную на участках, изображающих процессы сгорания и выпуска-впуска так как показано на рис 1/x. С учетом углов впрыска и воспламенения топлива, открытия и закрытия клапанов.

Таблица 2. Результаты расчета политроп сжатия и расширения

3 ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

Расчет состоит в определении основных сил, действующих в КШМ и определении параметров маховика.

Исходными данными для расчета являются: результаты теплового расчета двигателя, конструктивный прототип двигателя, значение номинальной эффективной мощности, полученной в тяговом расчете трактора, или автомобиля и значение номинальной частоты вращения коленчатого вала.

По результатам расчета необходимо выполнить следующие листы графической части: 1лист - диаграмма газовых, инерционных и суммарных сил; 2лист - диаграммы сил N,Р_ш,K' и T, действующих в КШМ; 3 лист -диаграмма суммарного крутящего момента.

3.1 РАСЧЕТ УСИЛИЙ ДЕЙСТВУЮЩИХ В КШМ

Определение усилий, действующих в КШМ, необходимо для расчета деталей двигателя на прочность и определения нагрузок на подшипники. При расчете КШМ силы трения и тяжести не учитываем и принимаем, что коленвал вращается с постоянной угловой скоростью, а картер неподвижен. Таким образом, основные силы при расчете деталей КШМ - силы давления газов и инерции движущихся масс. Схема сил, действующих в КШМ, приведена на рис. 2.

Так как на поршень во внутренней полости картера действует атмосферное давление, то избыточное давление газов на поршень определяем

p_г = p _x - p _{о ,} (62)

где p _x - текущее абсолютное давление газов в цилиндре ( определяется по индикаторной диаграмме), МПа;

p_о - атмосферное давление (p_о = 0,1 МПа).

Вдоль оси цилиндра на поршень действует сила давления газов и силы инерции возвратно-поступательное движущихся масс. Суммарное усилие по оси цилиндра, действующее на поршневой палец (кН):

Р_å = Р_г + Р_j , (63)

где Р_г - силы давления газов, кН;

 Рj - силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс. Силы давления газов определяются (кН):

, (64)

где p_x - текущее значение давления по индикаторной диаграмме, МПа;

D - диаметр цилиндра, м.

Для облегчения определения Р_Σ и дальнейшего динамического расчета КШМ свернутую индикаторную диаграмму в координатах p, V преобразуем в развернутую диаграмму в координатах p_г , a.

Построение развернутой индикаторной диаграммы рекомендуется производить с использованием приближенного уравнения для перемещения поршня относительно верхней мертвой точки:

S_x = R ((1+l/4)-(COSj+(l/4COS2j)) , (65)

где l= R/L_ш - кинематический параметр КШМ (принимаем по прототипу двигателя).

Решая уравнение (82) для разных j , определяем соответствующие им S_x.

Причем достаточно произвести расчет для j =(0...180), так как S_x является симметричной функцией относительно точки j=180⁰ и имеет период 360⁰.

Полученные результаты заносим в таблицу 5. Отрезки по вертикали из точек Sx, соответствующих определенным j до пересечения с кривыми свернутой индикаторной диаграммы в масштабе m_p указывают текущее значение p_x.По выражению (81) определяем Р_г, используя полученные значения p_x.

Таблица 5. Результаты расчетов для построения развернутой индикаторной диаграммы

Рекомендуется расчет вести через 20⁰, включив также угол 370⁰ (угол при котором p_x = p_max )

Возможно преобразования диаграммы производить графическим методом Брикса, описание которого приведено в литературе.

Как и в первом способе заполняем таблицу 5.

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (Кн):

P_j = -m _j Rw² (cos j+ lcоs2j)10 ^-3, (66)

где m_j - приведенная масса возвратно-поступательно движущихся частей КШМ, кг;

R - радиус кривошипа, м;

w- угловая скорость колен вала, рад/с;

j- угол поворота колен вала, град.

Началом цикла работы двигателя считается ВМТ поршня в начале процесса впуска (j= 0). Приведенная масса возвратно-поступательно движущихся частей состоит из массы комплекта поршня и части массы шатуна:

m_j = m_п + (0,2...0,3)m_ш , (67)

где m _п. - масса комплекта поршня, кг;

m _ш - масса условно возвратно-поступательно движущейся части шатуна, кг.

Масса m _j считается сосредоточенной в центре поршневого пальца. В работе m_п и m _ш определяются:

 , (68)

, (69)

где m`<sub>п</sub> и m`_ш - удельные массы, соответственно поршня и шатуна прототипа расчетного двигателя (приложение 6), кг/м² .

Угловая скорость коленвала (рад/с):

w= 2 pn _{е н} (70)

В работе текущие значения сил Р_j, Р_r и Р_å в зависимости от угла поворота заносим в таблицу 6, причем Р_å определяем алгебраическим сложением Р_r и Р_j . Зависимость P_å = f(j) можно определить как графическим методом так и аналитическим. В курсовой работе рекомендуется использовать аналитический метод, который при примерно равной с графическим методом трудоемкости обеспечивает большую точность.

Таблица 6. Результаты динамического расчета КШМ

Суммарная сила Р_å, действующая по оси цилиндра и приложенная к оси поршневого пальца, раскладывается на две составляющие по закону параллелограмма:

- нормальную N = P_å tgb , (88)

и силу S, действующую по оси шатуна

, (89)

Угол наклона оси шатуна к вертикали b считается со знаком "+", если шатун отклоняется в сторону движения кривошипа, и со знаком "-" при отклонении в противоположную сторону.

b= arcsin (lsin j) (90)

От действия силы S через шатун на шатунную шейку коленвала возникают силы:

-радиальная  (91)

-тангенциальная  (92)

На шатунную шейку также действует центробежная сила К:

K^||= (0,7...0,8) m_ш Rw ² (93)

Силы К ^| и К ^|| направлены по одной прямой, в связи с чем их равнодействующая:

К = К ^| + К ^|| (94)

Радиальная сила считается положительной, если действует к оси вращения коленвала и отрицательной, если - от оси вращения (К " - всегда отрицательна). Тангенциальная сила положительна, когда действует по направлению вращения коленвала и отрицательна, если - против направления вращения.

Для сокращения объема расчетов значения входящих в уравнения тригонометрических функций [(cos j + l cos2j ), sin( j + b )/cos b , cos(j+b )/cos b и другие ] берем из заранее составленных таблиц (приложение 7...11). Значения сил обычно берутся через 20^о поворота кривошипа. Все данные расчетов сводим в таблицу 6. Следует в таблице рассчитать независимо от шага углаj, значения сил, соответствующих точке наибольшего давления по индикаторной диаграмме точке Z и точке в 370. В этой же таблице следует привести значения крутящего момента одного цилиндра.

Необходимо в курсовой работе также привести графики сил, действующих в КШМ: Р_г , Р_j , Р_Σ , S, N, K` , T (рис. 3).

В курсовой работе предполагается выполнение данного расчета с применением ПЭВМ, в частности, с использованием пакетов программ EXSEL, Super Callk.5 , Quadropro и т.п.

Похожие работы

Расчет тягово-скоростных свойств трактора и автомобиля

Скачать

32834

3

0

... в различных дорожных условиях. Тяговым принято считать режим, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления внешних сопротивлений движения. Показатели тягово-скоростных свойств автомобиля (максимальная скорость, ускорение при разгоне или замедление при торможении, сила тяги на крюке, эффективная мощность двигателя, подъем, преодолеваемый в различных ...

Техническая характеристика трактора

Скачать

25742

2

0

... частоты вращения коленчатого вала ,часового  и удельного эффективного  расходов топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов двигателя, работающего на регуляторе. Чаще всего регуляторную характеристику строим как зависимость названных параметров от частоты вращения коленчатого вала и крутящего момента двигателя. Регуляторная характеристика двигателя имеет две ветви: непосредственно ...

Тяговый расчет трактора и автомобиля

Скачать

25249

15

1

... (1.13) Передаточные числа трансмиссии на остальных передачах основного ряда определяются через знаменатель геометрической прогрессии , , , , . 1.10 Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора Исходными данными для тягового расчета трактора являются текущие значения крутящего момента , частоты вращения  и часового расхода топлива  при работе дизеля по внешней ...

Тяговый расчет трактора ДТ-75М

Скачать

33385

6

0

... непроизводительные затраты мощности на механические потери в трансмиссии, перекатывание и буксование движителей трактора. Таблица 3. Баланс мощности и потенциальная тяговая характеристика трактора ДТ-75М Показатель Результаты расчетов jкр*) 0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,669 d, % 0,2 0,5 0,9 1,5 2,2 2,6 3,1 3,9 5,0 7,6 13,9 Pкр, кН 0 9,6 ...