kontr1_2
.pdfМетодические указания
квыполнению контрольных работ № 1 и № 2 по разделу «Конструкция, основы теории
ирасчета автотракторных двигателей» для студентов инженерных специальностей факультета заочного образования
Челябинск, 2007
Методические указания к выполнению контрольных работ №1 и №2 |
|
|||||||||
по разделу «Конструкция, основы теории и расчета автотракторных |
|
|||||||||
двигателей» |
курса |
«Тракторы и |
автомобили» |
предназначены |
для |
|
||||
студентов |
инженерных |
специальностей31130 «Механизация |
|
|||||||
сельского хозяйства» и 230100 «Сервис и техническая эксплуатация |
|
|||||||||
транспортных и технологических машин и оборудования в сельском |
|
|||||||||
хозяйстве» |
факультета |
|
заочного |
образования |
Челябинского |
|||||
государственного агроинженерного университета (ЧГАУ). |
|
|
|
|||||||
В них даны рекомендации к изучению конструкции автотракторных |
|
|||||||||
двигателей, |
изложена |
методика |
расчета |
рабочих |
процессов |
и |
||||
динамики кривошипно-шатунного механизма в ДВС. |
|
|
|
|||||||
Содержание |
контрольных работ соответствует типовой программе |
|
||||||||
курса «Тракторы |
и |
|
автомобили» [1]. |
Выполняются |
они |
по |
|
|||
индивидуальным заданиям, оформляются по стандарту предприятия |
|
|||||||||
[8] и имеют целью закрепление знаний студентов по разделу ДВС. |
|
|
Составители:
Суркин В.И. докт.техн.наук, профессор Курчатов Б.В. канд.техн.наук, доцент Малышев А.Ф. канд.техн.наук, доцент
Ответственный за выпуск:
Суркин В.И. докт.техн.наук, профессор, зав.кафедрой “Тракторы и автомобили” ЧГАУ
Одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией факультета заочного образования
Челябинского Государственного агроинженерного университета
Печатается по решению редакционно-издательского совета ЧГАУ
Ó Челябинский государственный агроинженерный университет, 2007
2
ЗАДАНИЕ * к контрольным работам №1 и №2 по разделу ДВС
Студент(ка) _______________________________ (фамилия, инициалы)
Специальность _________________ курс _____ группа _______
Номер зачетной книжки _________ шифр задания ___________
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ **
Тип двигателя ___________________________________________
Марка двигателя |
|
_______________ |
|
Мощность эффективная номинальная Ne, кВт |
|
___________ |
|
Частота вращения коленвала номинальная n , об/мин |
___________ |
||
Удельный эффективный расход топлива ge , г/кВт ч |
___________ |
||
Угол поворота кривошипа φ, град.пов.коленвала |
|
___________ |
|
Давление наддувочного воздуха рк , МПа |
|
___________ |
|
Марка трактора, комбайна, автомобиля |
_______________ |
||
Число и расположение цилиндров |
_______________ |
||
Литраж, (Vh· i), л |
|
_______________ |
|
Степень сжатия (ε) |
|
_______________ |
|
Диаметр цилиндра (D), м |
|
_______________ |
|
Ход поршня (S), м |
|
_______________ |
|
Длина шатуна (L), м |
|
_______________ |
|
Масса поршневого комплекта (mпк), кг |
_______________ |
||
Масса шатуна в сборе (mш), кг |
_______________ |
||
Тип смесеобразования |
________________________________ |
*оформляется на отдельном листке бумаги формата А4 по приведенному образцу и вкладывается второй страницей(после титульного листа) комплекта выполненных и оформленных контрольных работ
**берутся из исходных данных(прилож.1), параметров заданных ДВС (прилож.2, 3) и технических характеристик их базовых прототипов [7]
3
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ,
решаемые в контрольных работах №1 и №2 по разделу ДВС курса «Тракторы и автомобили»
Контрольная работа № 1
1.Определение основных показателей заданного двигателя: крутящего момента; индикаторной мощности и мощности механических потерь; среднего эффективного, индикаторного
давления |
и |
давления |
механических |
потерь; часового |
и |
удельного индикаторного расходов топлива; эффективного, |
|
||||
индикаторного и механического КПД. |
|
|
|||
2. Определение |
параметров |
рабочего |
цикла: д влений |
и |
|
температур газов в цилиндре в конце тактов впуска, сжатия, |
|
||||
сгорания, |
расширения и |
выпуска. Расчет |
и построение |
||
индикаторной диаграммы. Определение по ней величины |
|||||
среднего индикаторного давления и ее сравнение с ранее |
|||||
подсчитанным в п.1. |
|
|
|
Контрольная работа № 2 |
|
|
||
1. |
Построение схемы сил, действующих в КШМ одного цилиндра, |
|||
|
и расчет их значений для заданного положения кривошипа. |
|||
2. |
Расчет и построение графиков ,силдействующих |
в КШМ |
||
|
одного цилиндра за рабочий цикл, в зависимости от угла |
|||
|
поворота |
кривошипа. Определение |
среднего |
значения |
|
тангенциальной силы за рабочий .циклРасчет величины |
|||
|
крутящего момента двигателя и его сравнение с ранее |
|||
|
подсчитанным в п.1 контрольной работы № 1. |
|
1ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Всоответствии с типовой программой раздела«Конструкция,
основы теории и расчета автотракторных двигателей» курса «Тракторы и автомобили» [1] студенты инженерных специальностей 311300 и 230100 факультета заочного образования ЧГАУ изучают по автотракторным двигателям следующие темы:
1.конструкцию ДВС;
2.основы теории, расчета и анализа работы ДВС;
3.электрооборудование тракторов, автомобилей и комбайнов.
Темы 1 и 3 студенты изучают самостоятельно и сдают по ним зачет преподавателю. При их изучении рекомендуется пользоваться
4
типовой программой [1], методическими указаниями [2] и специальной литературой [3, 4, 5, 6].
По теме 2 выполняются контрольные работы №1 и №2, которые оформляются в соответствии со стандартом предприятия[8] и передаются одним комплектом для проверки на кафедру тракторов и автомобилей до начала экзаменационной сессии.
Изучение вышеперечисленных тем осуществляется в три этапа:
I.во время установочных лекций, когда студенту излагаются необходимые теоретические положения, даются методические советы по изучению курса и выполнению контрольных работ,
выдается задание по контрольным работам;
II.в межсессионный период при самостоятельном изучении студентом конструкции ДВС и автотракторного -электро оборудования, основ их теории и расчета, выполнении контрольных работ;
III.во время экзаменационной сессии, при прослушивании цикла обзорных лекций по наиболее трудным вопросам программы,
выполнении лабораторно-практических работ по снятию и |
|
||||
анализу |
характеристик |
автотракторных |
двигателей |
и |
по |
изучению их конструкции. |
|
|
|
|
|
К сдаче |
экзамена по |
разделу ДВС |
допускаются |
,студенты |
имеющие зачеты по конструкции двигателей и электрооборудованию, лабораторно-практическим занятиям (испытание ДВС) и контрольным работам №1 и №2.
Перечень основных вопросов, на которые можно ориентироваться при подготовке к экзамену, приведены в программе [1] и методических указаниях [8].
2 РЕКОМЕНДАЦИИ по изучению конструкции автотракторных двигателей
и электрооборудования
При изучении автотракторных двигателей и электрооборудования тракторов, автомобилей, комбайнов целесообразно придерживаться следующей методики:
1.Изучить назначение механизма(системы, узла, прибора);
2.Изучить типы механизмов(систем, узлов, приборов), применяющихся в автотракторостроении, их классификацию,
5
знать их сравнительную характеристику, преимущества и недостатки;
3.Изучить устройство и принцип действия механизма(системы, узла, прибора);
4. Изучить их основные эксплуатационные регулировки, операции по техническому обслуживанию, признаки и причины основных неисправностей.
Это относится прежде всего к кривошипно-шатунному газораспределительному механизмам, системам смазки, охлаждения, питания, зажигания и пуска, а также электрооборудованию, из которых состоит любой ДВС.
При изучении электрооборудования все приборы целесообразно разделить на три основные группы:
1. |
Источники тока (генераторы, аккумуляторные батареи); |
|
||||||
2. |
Контрольно-измерительные |
приборы |
|
и |
, прибо |
|||
|
обслуживающие |
источники |
тока(амперметр, |
сигнальные |
||||
|
лампы), а |
также |
преобразователи |
тока |
и |
напряжения |
||
|
(выпрямители, регуляторы напряжения); |
|
|
|
||||
3. |
Потребители |
тока. |
|
|
|
|
|
|
Вкачестве базовых для изучения рекомендуются двигатели и электрооборудование, устанавливаемые на тракторах МТЗ-80, ДТ75М, Т-150К, К-701, Т-130М, на комбайнах «Колос» и «Нива», на автомобилях «Москвич» и КамАЗ-5320.
Втечение года студент может получить на кафедре необходимую консультацию очно (в дежурные субботы) или заочно (почтой).
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
3 Основные показатели двигателя и параметры рабочего цикла
При выполнении данной работы необходимо учитывать, что в ДВС выделяют три основных энергетических уровня показателей: индикаторные, эффективные и внутренних потерь.
Индикаторные показатели (с индексом i) характеризуют качество процесса сгорания в двигателе, то есть учитывают потери, которые имеются при преобразовании тепловой энергии сгоревшего топлива в механическую энергию, воспринимаемую днищем поршня.
Эффективные показатели (с индексом )е характеризуют двигатель в целом, то есть учитывают индикаторные и внутренние потери в двигатели при передаче энергии от поршня на маховик. С маховика энергия передается уже потребителю.
6
Внутренние или механические потери(с индексом мп) учитывают внутренние потери в двигателе и приводах вспомогательных механизмов (насосов, вентиляторов и т.д.).
Данные технической характеристики, которые имеются в инструкции по эксплуатации или описанию каждого двигателя, позволяют определить большинство его мощностных и экономических показателей на всех трех энергетических уровнях.
Перед выполнением контрольной работы необходимо подготовить и заполнить лист Задания, включающий информацию о самом студенте и исходные данные на заданный двигатель(только 4-х тактные ДВС), которые берутся из исходных данных(прилож.1), параметров ДВС (прилож.2, 3) и
технических характеристик их базовых прототипов [7]. |
|
В двигателях без наддува при расчете |
рабочего цикла давлени |
окружающей среды принимается равнымо =р 0,1 |
МПа, а температура |
окружающая То = 298 К (в соответствии с ГОСТом). |
|
3.1.Определение основных показателей двигателя
3.1.1.Эффективные показатели
Крутящий момент |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Мк = 9550 Ne /n, Н·м, |
(3.1) |
||||||||
где Ne |
- |
эффективная мощность, кВт (прилож.1); |
||||||||
n |
- |
частота вращения коленвала, об/мин (прилож.1). |
||||||||
Среднее эффективное давление |
|
|||||||||
|
ре = |
N e |
× 30 × τ |
, МПа, |
(3.2) |
|||||
|
|
Vh |
|
× i × n |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где τ |
- |
коэффициент тактности двигателя |
||||||||
|
|
(для 4-х тактных τ = 4, для 2-х тактных τ = 2); |
||||||||
Vh |
- |
рабочий объем цилиндра, л; |
i - число цилиндров. |
|||||||
Эффективный КПД |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Q e |
3600 |
, |
(3.3) |
|||
|
ηe = |
|
|
= |
|
|
||||
|
Q |
|
H u |
×g e |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где Qe |
- |
количество тепла, эквивалентное эффективной работе |
||||||||
|
|
двигателя, кДж; |
|
|
||||||
Q |
- |
общее количество тепла, поступившее в двигатель при |
||||||||
|
|
сгорании топлива, кДж; |
|
7
Hu |
- |
низшая теплота сгорания топлива. определяется исходя |
|||||
|
|
их молекулярного состава топлива (для дизельных топлив |
|||||
|
|
Hu = 42.5 МДж/кг; для бензиновых Hu = 43.9 МДж/кг. |
|||||
ge |
- |
удельный эффективный расход топлива, г/кВт·ч (прил.1). |
|||||
Часовой расход топлива |
|
|
|
||||
|
G T = |
N e × ge |
= |
Ni × gi |
, кг/ч, |
(3.4) |
|
|
|
1000 |
|||||
|
|
1000 |
|
|
|
||
где gi |
- |
удельный индикаторный расход топлива, г/кВт·ч. |
3.1.2. Внутренние потери
Среднее давление механических потерь
Отнесенное к единице площади поршня, оно зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя, качества применяемого масла, качества поверхности трения и т..дОриентировочно его можно подсчитать по эмпирической зависимости:
|
рмп = а + b · сп , МПа, |
(3.5) |
|||||
где сп |
- |
средняя скорость поршня, м/с (может быть подсчитана |
|||||
а и b |
- |
по формуле: сп = 2·S· n/60, где S – ход поршня, м); |
|||||
эмпирические коэффициенты (их значения для различных |
|||||||
|
|
типов двигателей приведены в табл. 3.1.). |
|
|
|||
|
|
Значение коэффициентов а, b |
Таблица 3.1. |
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип двигателя |
|
|
|
|
Коэффициент |
||
|
|
|
|
а |
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
||
Карбюраторные |
|
|
|
|
0,049 |
|
0,0152 |
S / D≥1 |
|
|
|
|
|
||
S / D<1 |
|
|
|
|
0,039 |
|
0,0113 |
Дизель 4-тактных с неразделенными камерами |
0,103 |
|
0,0118 |
||||
сгорания |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Мощность механических потерь |
|
|
|||||
|
|
N мп = |
рмп × Vh ×i ×n |
, кВт. |
(3.6) |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
30× τ |
|
|
8
Механический КПД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ηм = |
Ne |
= |
|
|
Ne |
|
(3.7) |
|||
|
Ni |
Ne |
+ N |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мп |
|
|
3.1.3. Индикаторные показатели |
|
|
|
||||||||
Среднее индикаторное давление |
|
|
|
||||||||
|
рi = рe + рмп, МПа |
(3.8) |
|||||||||
Индикаторная мощность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ni = Ne + Nмп, кВт. |
(3.9) |
|||||||||
Индикаторный КПД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Qi |
|
|
ηe |
, |
|
|
(3.10) |
||
|
ηi = |
= |
|
ηм |
|
|
|
||||
|
|
Q |
|
|
|
|
|
||||
где Qi |
- количество тепла, эквивалентное индикаторной работе |
||||||||||
|
газов в цилиндре двигателя, кДж. |
|
Удельный индикаторный расход топлива
3600
gi = Ни × ηi
для современных дизелей для карбюраторных двигателей для бензиновых с впрыском
, г/кВт·ч. (3.11)
gi = 170…220 г/кВт ч gi = 210…290 г/кВт ч gi = 180…230 г/кВт ч
Таблица 3.2.
Значение основных параметров современных ДВС
Тип ДВС |
ре, |
рмп, |
рi, |
ηе |
ηм |
ηi |
|
МПа |
МПа |
МПа |
|||||
|
|
|
|
||||
Дизель без наддува |
0,70- |
0,15- |
0,70- |
0,32- |
0,70- |
0,40- |
|
0,90 |
0,25 |
1,10 |
0,42 |
0,82 |
0,48 |
||
|
|||||||
Дизель с наддувом |
0,80- |
0,20- |
0,80- |
0,38- |
0,80- |
0,40- |
|
1,50 |
0,30 |
2,20 |
0,46 |
0,90 |
0,52 |
||
|
|||||||
Бензиновые |
0,60- |
0,15- |
0,50- |
0,25- |
0,75- |
0,28- |
|
карбюраторные |
0,80 |
0,25 |
0,80 |
0,30 |
0,85 |
0,38 |
|
Бензиновые с впрыском |
0,60- |
0,15- |
0,60- |
0,25- |
0,80- |
0,35- |
|
1,60 |
0,25 |
1,60 |
0,40 |
0,92 |
0,45 |
||
|
3.2. Определение параметров рабочего цикла
9
Для построения теоретической индикаторной диаграммы заданного двигателя необходимо вначале определить параметры рабочего , цикла представляющие собой значения давлений, температур и объема газов над поршнем (или хода поршня) в конце каждого расчетного такта [2, 4, 7].
3.2.1. Выпуск. Давление остаточных газов в цилиндре в конце выпуска зависит от конструктивных, эксплуатационных и других факторов и может быть ориентировочно определено по формуле:
|
рr = po + pr , МПа, |
(3.12) |
где ро |
- давление окружающей среды (ро = 0,1 МПа); |
|
pr |
- избыточное давление в цилиндре за счет гидравлического |
|
|
сопротивления выпускных трубопроводов, глушителя, |
|
|
газовой турбины (при наличии турбонаддува). Для |
|
|
лучшей очистки цилиндров от остаточных газов |
|
|
необходимо стремиться, к снижению этого давления. |
При расчетах давление остаточных газов рr принимают равным: |
|
|||||
|
рr = (1,05…1,25) · ро |
для двигателей без наддува; |
||||
|
рr = (0,75…0,95) · рк |
для двигателей с наддувом, |
||||
где рк - |
давление наддувочного воздуха после компрессора |
|
||||
|
(прилож.1), в общем случае для автотракторных ДВС |
|
||||
|
рк = (1,4…2,0) · ро. |
|
|
|
|
|
Значение температуры газов в |
конце |
выпуска |
Тr также |
выбирают |
||
ориентировочно из интервалов: 700...900К |
для |
дизелей и900…1100К для |
||||
бензиновых |
двигателей, причем |
двигателю |
с |
наддувом |
соответствуют |
большие значения Тr .
Качество очистки цилиндров от остаточных газов в конце выпуска характеризуется коэффициентом остаточных газов ,γкоторый представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре газов к свежему поступившему заряду и определяется по формулам:
для двигателей без наддува |
γ = |
Т о + |
Т |
|
р r |
|
; |
(3.13) |
|||
Т r |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
× ε ××р a - рr |
|
|||||
для двигателей с наддувом γ = |
Тк + |
Т |
|
|
рr |
, |
|
(3.14) |
|||
|
|
|
|
Тr |
× |
ε × рa - рr |
|
|
|
||
где То |
- |
температура окружающей среды, К (То = 298К); |
|
||||||||
Тк |
- |
температура воздуха после компрессора (см.впуск), К; |
ε- степень сжатия;
Т- подогрев свежего заряда во впускной магистрале, К.
Таблица 3.3. Основные параметры процесса выпуска современных ДВС
10