Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля (стр. 5 из 7)
Расчетные индикаторные диаграммы для четырехтактных и двухтактных двигателей представлены на рис. 3, а, б.
При расчете диаграммы на ЭВМ принимаются следующие допущения:
· процесс наполнения происходит при постоянном давлении в цилиндре, равном Ра (см. рис.3, а, б) и заканчивается в момент закрытия впускного клапана или окна (точка “а”);
· процесс сжатия начинается в точке “а”, заканчивается в точке “с” и происходит по политропе с постоянным показателем, равным n1. Давление в конце такта сжатия принимается равным РС;
· процесс горения начинается при положении поршня в ВМТ (точка “с”) и заканчивается в точке “z” окончания видимого горения;
· процесс расширения начинается в точке “z”, заканчивается в точке “в” и происходит по политропе с постоянным показателем n2;
· процесс выпуска начинается в точке “в” и происходит при постоянном давлении, равном
.Рекомендуется следующий алгоритм расчета индикаторной диаграммы (рис. 4).
® В блок 1 ввести исходные данные (таблица 5). Углы jаи jв выбираются кратными шагу интегрирования Dj. Величина Dj может выбираться от 0,05 до 0,2 рад.
® В блоках 2 - 5 рассчитываются параметры рабочего тела в цилиндре в процессе сжатия. На печать в блоке 4 выводятся угол поворота кривошипа, объем цилиндра, давление и температура рабочего тела на каждом шаге расчета.
® В блоке 6 рассчитываются параметры рабочего тела на линии “с-z`” при постоянном объеме VС.
® В блоках 7 - 10 рассчитываются параметры рабочего тела на линии “z`-z” при постоянном давлении.
® В блоке 11 значение текущего объема присваивается объему в начале расширения.
® В блоке 12 - 15 рассчитывается изменение параметров рабочего тела в процессе расширения.
В пояснительной записке приводятся данные расчетов в виде распечатки и графического отображения зависимости давления и температуры рабочего тела от угла поворота, коленчатого вала.
В пояснительной записке приводятся данные расчетов в виде распечатки и графического отображения зависимости давления и температуры рабочего тела от угла поворота, коленчатого вала.
Таблица 5.
Исходные данные для расчета индикаторной диаграммы.
| №№ | Наименование | Размерность | Обозначение | Величина | |
| математическое | программное | ||||
| 1. | Газовая постоянная рабочего тела. | Дж/кг.К | RГ | 286,5 | |
| 2. | Показатель политропы сжатия. | - | n1 | ||
| 3. | Показатель политропы расширения. | - | n2 | ||
| 4. | Температура воздуха в конце наполнения. | К | Та | ||
| 5. | Масса рабочего тела в конце наполнения. | кг | Ма | ||
| 6. | Давление воздуха в начале сжатия. | Па | Ра | ||
| 7. | Объем камеры сгорания. | м3 | Vс | ||
| 8. | Степень повышения давления. | - | | ||
| 9. | Степень сжатия. | - | e | ||
| 10. | Степень предварительного расширения. | - | | ||
| 11. | Фаза закрытия впускного клапана. | град. (рад.) | jа=j4 | ( ) | |
| 12. | Фаза открытия выпускного клапана. | град. (рад.) | jв=j1 | ( ) | |
| 13. | Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. | - | | 0,20,25 | |
| 14. | Площадь днища поршня. | м2 | Fп | ||
| 15. | Радиус кривошипа. | м | R | ||
| 16. | Шаг интегрирования. | град. (рад.) | Dj | 1020(0,170,35) | |
4. РАСЧЕТ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ ДИЗЕЛЯ
Определение сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме (КШМ) двигателя, необходимо для расчета деталей на прочность, определения основных размеров подшипников, оценки уравновешенности, а также для сравнения его нагруженности с аналогичными серийно-вьшускаемыми двигателями.
Схема сил, действующих на детали КШМ двигателя приведена на рис.5. За время совершения полного рабочего цикла силы изменяются по величине и направлению в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала.
В данном проекте значения действующих сил определяются для ряда последовательных положений поршня в течение рабочего процесса при заданной угловой скорости коленчатого вала и номинальной мощности дизеля.
Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, ведется с использованием программы, разработанной студентом для построения индикаторной диаграммы. С этой целью в блок-схему программы (рис. 4.) вставляются дополнительные блоки с уравнениями сил, действующих в КШМ.
Рекомендуется следующий порядок расчета сил.
Задаются геометрическими размерами шатуна и радиуса кривошипно-шатунного механизма. Радиус кривошипа (R) коленчатого вала определяется по величине хода поршня (S).
Длину шатуна L определяют, выбирая отношение
в пределах 0,2 0,3. Меньшие значения относятся к двигателям средней быстроходности = 0,2 - 0,25, а большие значения = 0,25 - 0,3 - к быстроходным.В двухтактных двигателях с противоположно-движущимися поршнями (ПДП) величина может быть уменьшена до 0,18.
Исходными данными и уравнениями при расчете сил являются силы воздействия избыточного давления газа на поршень:
, Н(58)где FП - площадь поршня, м2;
Рц, Р0 - давление рабочего тела в цилиндре и барометрическое давление, Па.
Силы инерции поступательно-движущихся масс поршня ишатуна вдоль оси цилиндра определяются по формуле:
, Н (59)где mпд - масса поступательно-движущихся частей, кг;
а - ускорение поршня, м/с2;
w - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с.
В соответствии с условиями работы и характеристикой дизеля студент выбирает материал поршня и по табл. 6 удельную величину массы поступательно-движущихся частей КШМ.
Таблица 6.
| Тип двигателя | Поршень | mуд, кг/м2 |
| Из легких сплавов | 1000 1200 | |
| Средней быстроходности | Составной | 1300 1700 |
| Чугунный | 1600 2000 | |
| Из легких сплавов | 700 900 | |
| Быстроходный | Составной | 1000 1200 |
| Чугунный | 1300 1500 |
Соответственно масса поступательно-движущихся частей КШМ будет:
, кгСуммарная сила, действующая на палец вдоль оси цилиндра, рассчитывается по формуле:
, Н (60)Нормальная составляющая от разложения силы РS направлена перпендикулярно к оси цилиндра и определяется по формуле:
, Н (61)
Аналогичным образом находятся силы:
, Н (62) 
, Н (63)и сила, действующая по кривошипу:
, Н (64)Для расчета сил по формулам (58 - 64) угол определяется приблизительно:
, (65)Уравнения (58 – 65) включаются в блоки 3, 8 и 13 программы расчета индикаторной диаграммы, приведенной в разделе 3.
В блоках 4, 9 и 14 величины сил выводятся на печать.
Результаты расчетов на ЭВМ включаются в пояснительную записку в качестве приложения. По результатам расчетов строятся диаграммы сил, действующих в КШМ (см. рис.6 и 7).
5. ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ КШМ ДИЗЕЛЯ
Приближенный расчет выполняется с целью определения геометрических размеров основных деталей КШМ: коленчатого вала, поршня, шатуна. Перед расчетом студентом выбирается и дается обоснование конструкции указанных узлов КШМ, применяемых материалов.