2.3. Порядок проведения работы

В процессе изучения теоретического материала студенты пользуются макетами механических передач; определяют их основные технические параметры; производят соответствующие расчеты и оформляют отчет.

2.4. Содержание отчета

1. Дать краткое описание видов механических передач с эскизами, их классификацию и область применения. Отметить достоинства и недостатки механических передач.

2. Определить передаточные числа макетов, используя все технические параметры.

3. Установить марку редуктора и по справочной литературе определить общее передаточное число, передаваемую мощность, величину крутящего момента и коэффициент полезного действия.

4. Выводы.

Лабораторная работа № 3 Изучение конструкции двигателя внутреннего сгорания и определение основных технических параметров

3.1. Цель работы – изучить устройство, принцип работы и определить основные кинематические параметры двигателей внутреннего сгорания, которые применяются в строительном производстве и машиностроении.

3.2. Общие сведения. Типы двигателей внутреннего сгорания: 1. Поршневые двигатели — камера сгорания содержится в цилиндре, тепловая энергия превращается в механическую с помощью кривошипно-шатунного механизма. 2. Газовая турбина – преобразование энергии осуществляется ротором с клиновидными лопатками. 3. Роторно-поршневые двигатели – в них преобразование энергии осуществляется за счет вращения рабочими газами ротора специального профиля (двигатель Ванкеля).

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют:

а) по назначению — на транспортные, стационарные и специальные;

б) по роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты);

в) по способу образования горючей смеси – внешнее (карбюратор) и внутреннее (в цилиндре ДВС);

г) по объему рабочих полостей и весогабаритным характеристикам – легкие, средние, тяжелые, специальные.

Помимо приведенных выше общих для всех ДВС критериев классификации существуют критерии, по которым классифицируются отдельные типы двигателей. Так, поршневые двигатели можно классифицировать по количеству и расположению цилиндров, по количеству и расположению коленчатых и распределительных валов, по типу охлаждения, по наличию или отсутствию крейцкопфа, наддува (и по типу наддува), по способу смесеобразования и по типу зажигания, по количеству карбюраторов, по типу газораспределительного механизма. Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле: на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа или 720 градусов, и состоит из четырёх отдельных тактов: 1- впуска, 2 - сжатия заряда, 3 - рабочего хода и 4 - выпуска (выхлопа). Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения.

Рис. 3.1. Четырёхтактный поршневой двигатель (цикл Отто)

Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз, и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Преобразование химической энергии топлива, сжигаемого в цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с помощью газообразного тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива. Под действием давления газов поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма ДВС. Прежде чем рассматривать рабочие процессы, остановимся на основных понятиях и определениях, принятых для двигателей внутреннего сгорания.

За один оборот коленчатого вала поршень дважды будет находиться в крайних положениях, где изменяется направление его движения (рис. 3.2). Эти положения поршня принято называть мертвыми точками, так как усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает максимума, называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Нижней мертвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает минимума. Расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками называют ходом поршня. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°. Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания -V_c.

Рис. 3.2. Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания

Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мертвыми точками, называется рабочим объемом цилиндра - V_h.

, (3.1)

где D – диаметр цилиндра, мм; S – ход поршня, мм.

Объем надпоршневого пространства при положении поршня в НМТ называют полным объемом цилиндра - V_a.

. (3.2)

Рабочий объем двигателя представляет собой произведение рабочего объема цилиндра на число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра - V_a к объему камеры сгорания - V_c называют степенью сжатия.

. (3.3)

При перемещении поршня в цилиндре кроме изменения объема рабочего тела изменяются его давление, температура, теплоемкость, внутренняя энергия. Рабочим циклом называют совокупность последовательных процессов, осуществляемых с целью превращения тепловой энергии топлива в механическую. Достижение периодичности рабочих циклов обеспечивается с помощью специальных механизмов и систем двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из блока и головки цилиндров, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы: система питания, система зажигания, система смазки, система охлаждения, система запуска, выхлопная система и другие вспомогательные системы и механизмы.

Скоростная характеристика строится по данным испытаний двигателя на тормозном стенде и является основным документом для оценки двигателя при проектировании и в эксплуатации. По скоростным характеристикам сравнивают двигатели различных моделей. Скоростная характеристика в общем виде показана на рис. 3.3. Характерными точками по оси частоты вращения двигателя на скоростной характеристике являются:

n_min – минимальное число оборотов, при которых двигатель еще может устойчиво работать при полной нагрузке;

n_M – число оборотов, соответствующее максимальному крутящему моменту;

n_g – число оборотов, соответствующее наибольшей экономичности;

n_e – число оборотов, соответствующее максимальной мощности;

n_X – максимальное число оборотов, которое может развивать двигатель вхолостую при полностью открытом дросселе или полной подаче топлива;

n_P – максимальные или “разносные” обороты, которые двигатель может развивать без регулятора при полностью открытом дросселе или полной подаче на холостом ходу. Работа при таком числе оборотов недопустима.

Рис. 3.3. Скоростная характеристика двигателя в общем виде

Скоростной характеристикой называется зависимость мощности, крутящего момента, расхода топлива и других показателей работы двигателя от числа оборотов. Из скоростной характеристики следует, что максимальный крутящий момент выше крутящего момента, реализуемого при максимальной мощности двигателя. Отношение максимального крутящего момента при n_M к крутящему моменту при n_e называется коэффициентом приспособляемости К.

(3.4)

Этот коэффициент является показателем, оценивающим динамические качества двигателя. Он характеризует способность двигателя преодолевать возможное увеличение суммарных сопротивлений при движении машины без перехода на низшую передачу. Коэффициент приспособляемости у карбюраторных двигателей составляет 1.1 ÷ 1.4, у дизельных 1.05 ÷ 1.15.

Мощность двигателя определяется по формуле

Nе = 159,1· Mе · n, кВт, (3.5)

где Mе – крутящий момент, КН·м (определяется экспериментально); n – частота вращения вала двигателя, об/мин (определяется экспериментально).

Удельный эффективный расход топлива g_e является вторым показателем экономичности работы двигателя. Он определяется по формуле

. (3.6)

где G Т – часовой расход топлива, кг/ч (определяется экспериментально).

Удельный расход топлива в карбюраторных двигателях находится в пределах 280–330 г/кВт · ч, в дизельных двигателях 210–260 г/кВт · ч.