Построение внешней скоростной характеристики (ВСХ)

ВСХ строится по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя – номинального (режима максимальной мощности) и использования эмпирических зависимостей

Эффективная мощность

кВт

1 – N_eх = 21,237 кВт

2 – N_eх = 109,5кВт

3 – N_eх = 132,44 кВт

4 – N_eх = 120,9 кВт

Эффективный крутящий момент

Нм

1 – M_ex = 253,7 Нм

2 – M_ex = 275,3Нм

3 – M_ex = 225,955 Нм

4 – M_ex = 171,92 Нм

Удельный эффективный расход топлива

где г/кВтч – удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности.

1 – g_eN = 223,74 г/кВтч

2 – g_eN = 180,486 г/кВтч

3 – g_eN = 213,297 г/кВтч

4 – g_eN = 255,96 г/кВтч

Часовой расход топлива

кг/ч

1 – G_Tx = 4,752 кг/ч

2 – G_Tx = 19,763 кг/ч

3 – G_Tx = 28,249 кг/ч

4 – G_Tx = 30,95 кг/ч

Коэффициент наполнения

1 – η_vx = 11∙10^-4

2 – η_vx = 9,9∙10^-4

3 – η_vx = 9,6∙10^-4

4 – η_vx = 8,6∙10^-4

где - коэффициент избытка воздуха в искомой точке ВСХ.

По ВСХ определяют коэффициент приспособляемости:

где - максимальный крутящий момент;

- крутящий момент при номинальной мощности.

Рисунок 2.3 – Внешняя скоростная характеристика

КИНЕМАТИКА ДВС

Основные размеры поршня и шатуна

В целях уменьшения высоты двигателя с учётом опыта отечественного двигателестроения выбираем значение l= 0,285. В соответствии с этим:

L_ш = R/l = 43/0,285 = 151 мм.

Перемещение поршня

43 [(1-cosj)+0,290/4(1- cos2j))

Расчёт S_x производится аналитически через каждые 10° угла поворота коленчатого вала. Значения S_x занесены в графу 3 таблицы 3.1.

Скорость поршня

= 586 ∙ 43 (sinφ + 0,290/2∙sin2φ),

где угловая скорость вращения коленчатого вала:

ω = πn/30 = (3,14 ∙ 5600)/30 = 586 рад/с

Рассчитанные значения v_п занесены в графу 5 таблицы 3.1.

Ускорение поршня

j = ω²R (cosj + λ∙cos2j) = 586² ∙ 43(cosj + 0,285 ∙ cos2j), мм

Рассчитанные значения j занесены в графу 7 таблицы 3.1.

По данным таблицы 3.1 построены графики S_x; v_п; j. (см. рисунок 3.3-

-3.3).

Таблица 3.1 – Перемещение, скорость и ускорение поршня

Рисунок 3.1 - Перемещение поршня

Рисунок 3.2 - Скорость поршня

Рисунок 3.3 - Ускорение поршня

ДИНАМИКА

Динамический расчёт КШМ заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера и силы тяжести.

Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяются для ряда отдельных положений вала в нашем случае через каждые 10 градусов.

Сила от давления газа, действующая в характерных точках КШМ

Индикаторная диаграмма, полученная в расчёте, развёртывается по углу поворота кривошипа по методу Брикса (см. рисунок 4.1).

Масштабы развернутой диаграммы:

Мр = 0,05 МПа/мм – давления;

Мs = 1 мм/мм – хода поршня;

Mj = 3 град/мм;

F_п = πR² = 3,14 ∙ 43² = 0,005806 м²

Поправка Брикса:

(43 ∙ 0,285)/(2 ∙ 1) = 6,1 мм

Рисунок 4.1 – Развертка индикаторной диаграммы по методу Брикса

Метод разноса масс шатуна

По методике изложенной в [1] с учётом диаметра цилиндра, отношения S/D и достаточно высокого значения p_z, устанавливаются:

– масса поршневой группы (для поршня из Al-сплава):

m_п = m'_п ∙ F_п = 100 ∙ 0,006358 = 0,635 кг

– масса шатуна m'_ш = 150

m_ш = m'_ш ∙ F_п = 150 ∙ 0,006358 = 0,953 кг

– масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (вал чугунный, литой m'_к = 140 кг/м²)

m_к = m'_к ∙ F_п = 140 ∙ 0,006358 = 0,890 кг

– масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

m_ш∙п = 0,275 ∙ m_ш = 0,262 кг

– масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

m_ш∙к = 0,725 ∙ m_ш = 0,691 кг

– массы совершающие возвратно-поступательное движение:

m_i = m_п + m_ш∙п = 0,635 + 0,262 = 0,897 кг

– массы совершающие вращательное движение:

m_R = m_к + m_ш∙к = 0,890 + 0,691 = 1,581 кг