Двигатель ЗИЛ-130. 2

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..2

1. Исходные  данные для теплового расчета…………………………………….3

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя…………….4

2.1 Определение параметров конца впуска………………………...………...4

      2.2 Определение параметров конца сжатия……………………………..….4

      2.3 Определение параметров конца сгорания………………………………..4

    2.4 Определение параметров конца расширения…………………………..6

    2.5 Определение параметров, характеризующих цикл в целом………….7

    2.6 Определение параметров, характеризующих двигатель в целом……..8

3. Динамический  расчет………………………………………………………….10

    3.1 Построение индикаторной диаграммы…………..……………………...11

    3.2 Перестроение индикаторной диаграммы…………………………………13

    3.3 Построение графиков сил и , К и Т ......……………………………...13

    3.4 Построение графика суммарного крутящего момента…….…………15

Заключение……………………………………………………………………….17

Список литературы………………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Тепловой  расчет двигателя служит для определения  параметров рабочего тела в цилиндре двигателя, а также оценочных показателей рабочего процесса, для оценки мощностных и экономических показателей, позволяющих оценить мощность и расход топлива.

В основе методики расчета лежит метод В.И. Гриневецкого, в дальнейшем усовершенствованный Е.К. Мазингом, Н.Р. Брилингом, Б.С. Стечкиным и др.

Задачей динамического расчета является определение сил, действующих в  механизмах преобразования энергии  рабочего тела в механическую работу двигателя.

В настоящей  работе тепловой и динамический расчеты выполняются для режима номинальной мощности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные  данные для теплового расчета  поршневого двигателя внутреннего  сгорания.

 

  • эффективная мощность двигателя            Ne = 105 кВ;
  • частота вращения коленчатого вала           n = 3100 об/мин;
  • число тактов               τ = 4;
  • число цилиндров и расположение цилиндров          і = 8V;
  • коэффициент избытка воздуха             α = 0,90;
  • степень сжатия               ε = 6,7;
  • прототип                Зил-130;
  • отношение хода поршня к диаметру цилиндра          S/D = 0,92.

          Для   расчета  двигателя   в   качестве  топлива   принимаем   бензин   А-92   с элементарным составом по массе:

gc = 0,85; gll = 0,15; g0 = 0.

            Низшая теплота сгорания данного топлива Hu = 44000 кДж/кг.                                                                  Давление и температуру окружающей среды принимаем равными    P0 = 0,1 МПа, T0 = 298 K.

           В начале сжатия температура отработавших газов для бензиновых ДВС изменяется в пределах от 900 до 1100 К, для расчета принимаем            Tr = 1000 К. Давление остаточных газов: Pr = (1,05…1,25) · p0 = 1,15 · 0,1 = 0,115 МПа

           Температура подогрева свежего заряда для бензиновых ДВС изменяется в пределах: ΔТ =  -5...30 К, принимаем    ΔТ =5 К.

            Величина     потери     давления     на     впуске     для     бензиновых ДВС  Δ Pa = 0,12·0,01 = 0,012 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя.

2.1Определение параметров конца впуска

Давление  газов в цилиндре в конце впуска:

ра = р() – Δpa = 0,1 - 0,012 = 0,088 МПа

Коэффициент остаточных газов вычисляется по формуле:

 

Температура газов в цилиндре в конце впуска:

 

Коэффициент наполнения вычисляется по формуле:

 

 

 

 

2.2 Определение параметров конца сжатия

Давление  и температура газов в конце  сжатия вычисляются по формулам:

Рc = рa = 0,088 = 1,2 МПа

= Tа = 342 = 705K.

где = 1,38 – показатель политропы сжатия(табл. 1,2)

 

2.3 Определение параметров конца сгорания

Теоретически  необходимое количество воздуха  для сгорания топлива:

 

где  gc gh g0 - средний элементарный состав топлива для бензина.

Количество  свежего заряда (кмоль для бензиновых двигателей определяется по формуле:

 

где - молекулярная масса топлива для бензина = 110…120 кмоль/кг.

 

Количество  продуктов сгорания при работе двигателя  на бензине 

при а < 1 :

 

 

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

 

Действительный  коэффициент молекулярного изменения:

 

    Низшая теплота сгорания топлива

 

Потеря  тепла вследствие неполноты сгорания топлива:

 

 

Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда:

 

 

Средняя мольная теплоёмкость продуктов  сгорания:

 

 

Коэффициент использования теплоты для бензиновых ДВС изменяется в пределах ξ = (0,85...0,95). Принимаем ξ = 0,85.

Максимальная  температура сгорания подсчитывается по уравнению:

 

Подставив в уравнение найденное значение имеем:

 

Решим квадратное уравнение:

 

 

B =

A =

C = -78436,59

=

Теоретическое максимальное давление цикла:

 

Степень повышения давления:

 

        Действительное давление конца сгорания:

 

 

 

2.4 Определение параметров конца расширения

Степень предварительного расширения для бензиновых двигателей

ρ = 1.

Степень последующего расширения δ = = 6,7

Температура в конце расширения:

 

где n2 – средний показатель политропы расширения, для бензиновых двигателей n2 = 1,23…1,34, принимаем n2 = 1,3.

 

Давление  в конце расширения:

 

Правильность выбора температуры Tr проверяем по формуле профессора Е.К. Мазинга

 

Погрешность расчета составляет 3,5 % , что меньше предельной - 10 %.

 

2.5 Определение параметров, характеризующих цикл в целом

Среднее индикаторное давление теоретического цикла:

 

 

Среднее индикаторное давление действительного  цикла

 

где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы(= 0,94…0,97; принято = 0,97).

Индикаторный  КПД:

 

Удельный индикаторный расход топлива:

 

 

 

 

 

2.6 Определение параметров, характеризующих двигатель в целом

Величина  механического КПД двигателя  выбирается исходя из того, что для бензиновых ДВС изменяется от 0,7 до 0,85. Принимаем =0,85.

Среднее эффективное  давление:

 

Эффективный КПД:

 

Удельный  эффективный расход топлива:

 

2.7 Определение основных размеров двигателя

По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала и среднему давлению определяем литраж двигателя по формуле:

 

Рабочий объем одного цилиндра:

 

где – число цилиндров.

Диаметр цилиндра:

 

Ход поршня:

 

Эффективная мощность:

 

Эффективный крутящий момент:

 

    Часовой расход топлива:

 

Средняя скорость поршня:

 

Литровая  мощность:

 

Таким образом, найдены основные параметры  рабочего цикла двигателя, индикаторные и эффективные показатели его  работы, также определены основные размеры двигателя. Точность расчетов, температура  составляет 3,5%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Динамический  расчет

Динамический  расчет кривошипно-шатунный механизм выполняется с целью определения  суммарных сил и моментов, возникающих  от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета  используются при расчете деталей  двигателя на прочность и износ.

В течение  каждого рабочего цикла силы, действующие  в кривошипно-шатунном механизме,  непрерывно изменяются по величине и  направлению. Поэтому для характера  изменения  сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений  вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных  случаях  через 10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета  следующая:

  1. Строим индикаторную диаграмму в координатах р-V.
  2. Перестраиваем индикаторную диаграмму, выполненную по результатам теплового расчета, в координаты р-φ.
  3. Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 30° ПКВ в пределах (0…720)° ПКВ.

За начало отсчета принимаем  такое положение кривошипа, когда  поршень находится в начале такта  впуска.

Силу давления газов на днище  поршня определяем по формуле:

                                                                   (1)

Результаты  расчета заносятся в табл. 5.

  1. Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

                                                                            (2)

Масса поступательно  движущихся частей КШМ определяется из выражения:

                ,                                                                 (3)

где - доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам

.

Значения  mп и mш вычисляются:

,

,

где – площадь днища поршня.

Угловая скорость ω,  входящая в формулу(2):

,                                                                            (4)

 

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа:

                                                                                 (5)

 

  1. Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

                                                                            (6)

         Результаты определения, а также , и заносятся в табл.5.

  1. Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа                                                                                  (7)

7.  Определяем тангенциальную  силу Т, направленную по касательной  к окружности радиуса кривошипа  (см. рис. 1):

.                                                                 (8)

Результаты определения  К и Т заносим в таблицу 6

 

3.1 Построение  индикаторной диаграммы

 

Индикаторная  диаграмма строится в координатах  p-V. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают  отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе ms, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1,5:1, или 2:1.

Принимаем 1:1.

      Отрезок  ОА, соответствует объему камеры  сгорания, определяется из соотношения 

                         

                      

       При построении  диаграммы выбираем масштаб давления  mр=0,05.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме  откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных  точках а, с, z’, z, b, r.

По наиболее распространенному графическому методу Бауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч OK под углом к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ под  углами β1 и β2 к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:

,                             .

                

                                                                                                    

Политропу сжатия строим с помощью лучей  ОК и ОД. Из точки С проводим горизонталь  до пересечения с осью ординат; из точки пересечения -линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки-вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводим вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом 45° к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки - вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной  точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находим аналогично, принимая точку 1 за начало построения.

Политропу расширения строим с помощью лучей  ОК и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку b.

 После  построения политропы сжатия  и расширения производим скругление  индикаторной диаграммы с учетом  предварения открытия выпускного  клапана, опережения зажигания  и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска  и выпуска. Для этой цели  под осью абсцисс проводим  на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра О' в сторону н.м. т. откладываем отрезок

 

                              ,

                              O’O’1мм

 

Величина  О'О'1 представляет собой поправку Брикса. Из точки О1' под углом (угол предварения открытия выпускного клапана, выбирается из таблицы или по прототипу) проводим луч О1В1. Полученную точку В1, соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b1).

Луч О1'С1 проводим под углом Θ0, соответствующим углу опережения зажигания (Θ0= 28° ПКВ до в. м. т.), а точку С1 сносим на политропу сжатия, получая точку с1'. Затем проводят плавные кривые с1’c’’ изменяя линии сжатия в связи с опережением зажигания и b1’b’’ изменения линии расширения в связи с предварением открытия выпускного клапана. При этом можно считать, что точка b’’ находиться на середине расстояния ba , а ордината точки с’’ находиться из соотношения pc''=1,2pс и откладывается на линии AZ’.

 

 

 

 

3.2 Перестроение  индикаторной диаграммы

 

 

Развертку индикаторной диаграммы в координаты p-φ выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии р0 индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делим на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф. А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную  полуокружность  делим вспомогательными лучами из центра О' на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка  О1') проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.

Вновь полученные точки на полуокружности соответствует  определенным углам φ ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения  с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы  начинаем, принимая за начало координат положение поршня в  в.м.т. в начале такта впуска. Далее  для каждого значения угла φ на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости  и заносим в табл.5. Модуль газовой  силы находится по формуле(1) и также заносим в таблицу 5. По данным этой таблицы строим зависимость .

Полученные  точки на графике соединяем плавной  кривой.

 

3.3 Построение  графиков сил 

и
, K и T

 

 

График  силы инерции  строим в том же масштабе и на той же координатной сетке, где выстроен график газовой силы .  На основании полученных графиков и на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы .

Определение модуля силы для различных значений угла   выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков и  с учетом их знаков или модулей сил и из табл. 5.

Масштабные  коэффициенты.

 

 

 

 

 

 

Результаты  расчета сил

,
,
.

                                                                      Таблица 5

φ, град

Рг, МПа

Рг, Н

cosφ+λcos2φ

Знак силы

Рj, H

Знак силы

PΣ, H

Знак силы

0

0,115

78

1,25

+

-14759,1

-

-14681,1

-

30

0,1

0

0,991025

+

-11701,3

-

-11701,3

-

60

0,1

0

0,375

+

-4427,74

-

-4427,74

-

90

0,1

0

-0,25

+

2951,826

+

2951,826

+

120

0,1

0

-0,625

+

7379,564

+

7379,564

+

150

0,1

0

-0,74103

+

8749,511

+

8749,511

+

180

0,1

0

-0,75

+

8855,477

+

8855,477

+

210

0,1

0

-0,74103

+

8749,511

+

8749,511

+

240

0,1

0

-0,625

+

7379,564

+

7379,564

+

270

0,11

52

-0,25

+

2951,826

+

3003,826

+

300

0,165

338

0,375

+

-4427,74

-

-4089,74

-

330

0,3

1040

0,991025

+

-11701,3

-

-10661,3

-

360

0,7

3120

1,25

+

-14759,1

-

-11639,1

-

390

1,44

6968

0,991025

+

-11701,3

-

-4733,34

-

405

4,8

20440

0,707107

+

-8349,02

-

16090,98

+

420

2,87

14404

0,375

+

-4427,74

-

9976,262

+

450

1,335

6422

-0,25

+

2951,826

+

9373,826

+

480

0,755

3406

-0,625

+

7379,564

+

10785,56

+

510

0,525

2210

-0,74103

+

8749,511

+

10959,51

+

540

0,41

1612

-0,75

+

8855,477

+

10467,48

+

570

0,255

806

-0,74103

+

8749,511

+

9555,511

+

600

0,155

286

-0,625

+

7379,564

+

7665,564

+

630

0,14

208

-0,25

+

2951,826

+

3159,826

+

660

0,135

182

0,375

+

-4427,74

-

-4245,74

-

690

0,13

156

0,991025

+

-11701,3

-

-11545,3

-

720

0,115

78

1,25

+

-14759,1

-

-14681,1

-


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты  расчета сил T, K

                                                                                                                         Таблица 6

φ, град

cos(α+β)/cosβ

К, H

знак силы

sin(α+β)/cosβ

T,Н

знак силы

0

1

-14681,1

-

0

0

+

30

0,803

-9396,17

-

0,609

-7126,11

-

60

0,307

-1359,32

-

0,977

-4325,9

-

90

-0,258

-761,571

-

1

2951,826

+

120

-0,692

-5106,66

-

0,755

5571,571

+

150

-0,929

-8128,3

-

0,391

3421,059

+

180

-1

-8855,48

-

0

0

+

210

-0,929

-8128,3

-

-0,391

-3421,06

-

240

-0,692

-5106,66

-

-0,755

-5571,57

-

270

-0,258

-774,987

-

-1

-3003,83

-

300

0,307

-1255,55

-

-0,977

3995,674

+

330

0,803

-8561,05

-

-0,609

6492,754

+

360

1

-11639,1

-

0

0

+

390

0,803

-3800,87

-

0,609

-2882,6

-

405

0,715

11505,05

+

0,796

12808,42

+

420

0,307

3062,712

+

0,977

9746,808

+

450

-0,258

-2418,45

-

1

9373,826

+

480

-0,692

-7463,61

-

0,755

8143,101

+

510

-0,929

-10181,4

-

0,391

4285,169

+

540

-1

-10467,5

-

0

0

+

570

-0,929

-8877,07

-

-0,391

-3736,2

-

600

-0,692

-5304,57

-

-0,755

-5787,5

-

630

-0,258

-815,235

-

-1

-3159,83

-

660

0,307

-1303,44

-

-0,977

4148,086

+

690

0,803

-9270,91

-

-0,609

7031,11

+

720

1

-14681,1

-

0

0

+


 

3.4 Построение графика суммарного крутящего момента

Для построения кривой суммарного крутящего момента . многоцилиндрового двигателя  графически суммируем кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол Θ поворота кривошипа между вспышками.

Для двигателя  с равными интервалами между  вспышками суммарный крутящий момент для четырехтактного двигателя  будет периодически повторятся через:

;

;

Поскольку

;

а R=const, то кривая , будет отличаться от кривой Т=ƒ(φ) лишь масштабом.

Масштаб крутящего  момента

;

 

где mТ—масштаб силы, Н/мм.

Угол поворота коленчатого вала, °

Крутящий момент для цилиндра, Н·м

Суммарный крутящий момент, Н·м

1

2

3

4

5

6

7

8

0

0

102,7

0

-112,6

0

351,5

0

-118,5

223,1

30

-267,2

208,9

-128,3

149,9

-108,1

305,4

-140,1

155,6

176,1

60

-162,2

128,3

-208,9

243,5

365,5

160,7

-217,0

263,7

573,6

90

102,7

0

-112,6

0

351,5

0

-118,5

0

223,1


 

Средний крутящий момент Мкр.ср определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного Мкр:

 

;

 

где F1 и F2—соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного Мкр., мм2;

L-длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента, мм.

Найденный момент Мкр.ср представляет собой средний индикаторный момент двигателя.

Эффективный крутящий момент двигателя:

;

Значение  ηМ см в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента, полученное по данной формуле, должно совпадать с величиной Ме, вычисленной ранее.

Me=221,2·0,85 =188 Нм.

Погрешность вычислений составляет:

 

Относительная погрешность вычислений Мкр.ср  не  превышает .

                                      

Заключение

 

В результате выполнения курсовой работы был произведен тепловой и динамический расчет двигателя Зил-130.

Проведя тепловой расчет,  определили параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, а также произвели  оценочные показатели процесса, позволяющие  определить размеры двигателя и  оценить его мощностные и экономические  показатели.

При выполнении динамического расчета  определили действующие на кривошипно-шатунный механизм силы, а также крутящий момент, развиваемый двигателем. Также  был произведен расчет скоростной характеристики двигателя.

Двигатель Зил-130 имеет равномерное чередование вспышек. Построение графика крутящих моментов  незначительные различия по сравнению с графиком суммарного крутящего момента прототипа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

  1. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Автомобильные двигатели» для студентов специальности 1-37 01 06 – Новополоцк, 2001.-86 с.
  2. Термодинамика, теплопередача и двигатели внутреннего сгорания/ Железко Б.Е., Адамов В.М., Есьман Р.И.- Мн.:«Выш.шк.»,1985.- 272с.
  3. Техническая термодинамика/ Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 416с. 

 

 


Двигатель ЗИЛ-130. 2 📙 Курсовая → 🆔 67194

Двигатель ЗИЛ-130. 2 📙 Курсовая → 🆔 67194

Двигатель ЗИЛ-130. 2