Основы теории трактора и автомобиля (стр. 4 из 7)
кВт/л (59)Для современных дизельных двигателей:
Nуд.л = 10 ...25 кВт/л; mуд = 5...13 кг/кВт;
Полученные результаты сводим в таблицу 4.
Таблица 4 Основные параметры двигателя и рабочего цикла
| Наименование | Обозначение | Значение |
| Эффективная номинальная мощность, кВт |  Nен | 16,7 |
| Частота вращеня номинальная, с-1 | nен | 29 |
| Средняя скорость поршня, м/с | Wп ср | 6,4 |
| Среднее условное давление механических потерь, Мпа | pмп | 0,177 |
| Среднее эффективное давление, Мпа | Ре | 0,684 |
| Рабочий объем одного цилиндра, л | Vh | 0,86 |
| Диаметр цилиндра, мм | D | 110 |
| Механический КПД двигателя, |  | 0,79 |
| Эффективный КПД , | h e | 0,34 |
| Эффективный крутящий момент, нм |  | 91,7 |
| Литровая мощность, кВт/л | Nуд.л | 9,7 |
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
| Vx=V/Va | 1 | 0,667 | 0,5 | 0,333 | 0,2 | 0,125 | 0,1 | 1/d | 1/x | |
| 1/Vx | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 5 | 8 | 10 | d | e | |
| сжат. | рx=рa(1/Vx)n1 | 0,090 | 0,150 | 0,230 | 0,400 | 0,810 | 1,550 | 2,100 | 2,310 | 4,190 |
| расш. | рx=рb(1/Vx)n2 | 0,326 | 0,540 | 0,790 | 1,320 | 2,540 | 4,640 | 6,170 | 6,710 | 6,710 |
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,Рш,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
pг = p x - p о , (62)
где p x - текущее абсолютное давление газов в цилиндре ( определяется по индикаторной диаграмме), МПа;
pо - атмосферное давление (pо = 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):
Рå = Рг + Рj , (63)
где Рг - силы давления газов, кН;
Рj - силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс. Силы давления газов определяются (кН):
, (64)где px - текущее значение давления по индикаторной диаграмме, МПа;
D - диаметр цилиндра, м.
Для облегчения определения РΣ и дальнейшего динамического расчета КШМ свернутую индикаторную диаграмму в координатах p, V преобразуем в развернутую диаграмму в координатах pг , a.
Построение развернутой индикаторной диаграммы рекомендуется производить с использованием приближенного уравнения для перемещения поршня относительно верхней мертвой точки:
Sx = R ((1+l/4)-(COSj+(l/4COS2j)) , (65)
где l= R/Lш - кинематический параметр КШМ (принимаем по прототипу двигателя).
Решая уравнение (82) для разных j , определяем соответствующие им Sx.
Причем достаточно произвести расчет для j =(0...180), так как Sxявляется 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 mp указывают текущее значение px.По выражению (81) определяем Рг, используя полученные значения px.
Таблица 5. Результаты расчетов для построения развернутой индикаторной диаграммы
| j,град | впус | 0 | - | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 160 | 180 |
| сжат | 360 | - | 340 | 320 | 300 | 280 | 260 | 240 | 220 | 200 | - | |
| расш | 370 | 380 | 400 | 420 | 440 | 460 | 480 | 500 | 520 | 540 | ||
| вып | 720 | - | 700 | 680 | 660 | 640 | 620 | 600 | 580 | 560 | - | |
| Sx/S | 0 | 0,012 | 0,038 | 0,145 | 0,300 | 0,480 | 0,650 | 0,800 | 0,910 | 0,977 | 1 | |
| px,MПа | впук. | 0,115 | - | 0,100 | 0,097 | 0,090 | 0,090 | 0,090 | 0,090 | 0,090 | 0,090 | 0,090 |
| сжат. | 4,205 | - | 2,270 | 0,760 | 0,650 | 0,230 | 0,130 | 0,110 | 0,100 | 0,950 | - | |
| расш. | - | 6,728 | 6,700 | 2,450 | 1,250 | 0,760 | 0,600 | 0,400 | 0,350 | 0,330 | 0,326 | |
| вып. | 0,115 | 0,115 | 0,115 | 0,115 | 0,115 | 0,115 | 0,150 | 0,150 | 0,230 | - |
Рекомендуется расчет вести через 200, включив также угол 3700 (угол при котором px = pmax )
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):
Pj = -m j Rw2 (cos j+ lcоs2j)10 -3, (66)
где mj - 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:
mj = mп + (0,2...0,3)mш , (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 mп и m ш определяются:
, (68) 
, (69)где m`п 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 Рj, Рr и Рå в зависимости от угла поворота заносим в таблицу 6, причем Рå определяем алгебраическим сложением Рr и Рj . Зависимость På = 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.