Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля (стр. 1 из 7)
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
Кафедра "Локомотивы и локомотивное хозяйство"
Утверждено
редакционно-издательским
советом университета
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ
Методические указания к курсовому проектированию
М о с к в а - 1994 г.
Методические указания разработали: профессор кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТа Коссов Е.Е. и доцент МИИТа Туров Л.С.
Рецензенты: доценты кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" Зюбанов В.З. и Балабин В.Н.
Методические указания к курсовому проектированию:
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВОЗНОГО ДИЗЕЛЯ
для студентов специальности 17.09 "Локомотивы"
Электронная версия исправленных и дополненных Методических указаний к курсовому проектированию создана доцентом кафедры "Локомотивы и локомотивное хозяйство" Балабиным В.Н.
ВНИМАНИЕ!!!
Для правильной установки формул в среде Equation Editor проверьте установку на компьютере шрифта “MTExtra” по пути С ÞWindowsÞFontsÞMtextra. Если этого шрифта нет, установите его с прилагаемой дискеты.
Содержание
1. Введение
2. Выбор типа и расчёт основных параметров дизеля.
3. Расчёт рабочего процесса дизеля и его технико-экономических показателей.
4. Расчёт и построение индикаторной диаграммы.
5. Расчёт сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля.
6. Приближенный расчёт основных деталей кривошипно-шатунного механизма дизеля.
7. Расчёт и построение векторной диаграммы сил, действующих на шатунную вейку коленчатого вала дизеля.
8. Общие указания по разработке чертежа поперечного разреза дизеля и узла.
Список рекомендуемой литературы.
Содержание
Приложение 1: Справочные данные по тепловозным дизелям
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с заданием студент должен произвести выбор типа двигателя, определить его основные параметры, выбрать схему воздухоснабжения, агрегаты наддува и систему охлаждения наддувочного воздуха, рассчитать рабочий процесс двигателя и его основные технико-экономические показатели на номинальном режиме работы, силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, построить векторные диаграммы сил, действующих на шейки коленчатого вала и подшипники, определить главные размеры поршня, шатуна, коленчатого вала, рассчитать основные элементы узла, подлежащего подробной конструктивной разработке.
К моменту защиты курсовой проект должен быть оформлен в виде расчетной записки и графической части.
Расчетная записка должна включать следующие разделы:
1. Выбор типа и кинематической схемы двигателя схем водяной, масляной и топливной систем.
2. Расчет основных параметров дизеля.
3. Выбор агрегатов наддува и охлаждения наддувочного воздуха, схемы воздухоснабжения и её обоснование.
4. Расчет рабочего процесса, построение индикаторной диаграммы, определение технико-экономических показателей двигателя.
5. Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля и построение графиков изменения этих сил от угла поворота коленчатого вала, векторные диаграммы сил, действующих на шейки коленчатого вала и подшипника.
6. Выбор конструкции основных узлов дизеля, применяемых материалов и обоснование принятых решений.
Расчет индикаторной диаграммы и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя, выполняется на ЭВМ. Остальные расчеты могут выполняться на ЭВМ по согласованию с консультантом.
Графическая часть проекта (кроме эскизов и графиков, входящих в состав расчетной записки) состоит из листа, содержащего поперечный разрез дизеля или сборочный чертеж узла. По согласованию с преподавателем графическая часть может также отражать результаты самостоятельного исследования студента.
В данных методических указаниях справочные данные подчеркнуты двойной чертой.
1. ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИЗЕЛЯ
1.1. МощностьNе, угловая скорость вращения коленчатого вала w, тактность t и, условия работы дизеля задаются консультантом проекта
В процессе проектирования, по согласованию с консультантом при наличии соответствующих обоснований заданные величины могут быть откорректированы.
Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давления Ра, реализуемого при рассматриваемом режиме работы, рабочего объема цилиндраVh и числа цилиндров Z. При проектировании дизелей величины, определяющие их эффективную мощность, выбираются с учетом опыта эксплуатации ухе построенных двигателей, а также весовых и габаритных ограничений, выдвигаемых специфическими условиями работы проектируемого двигателя.
Мощность двигателя определяется соотношением:
, кВтгде Ре - среднее эффективное давление, Па;
w - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;
Z- число цилиндров;
Vh - рабочий объем цилиндров, м3;
t - коэффициент тактности.
Рабочий объем цилиндра определяется из соотношения:
, м3где D – диаметр поршня, м;
S – ход поршня, м.
Тогда:
, кВт. (1)Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-х тактных и четырем – для 4-х тактных двигателей.
Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации существующих двигателей.
В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего эффективного давления по рис.1.
Средняя скорость поршня Cmявляется параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения:
- для 4-х тактных дизелей Cm=7,4 - 10,5 м/с;
- для 2-х тактных дизелей Cm=7,2 8,3 м/с.
Двигатели с высокими значениями Cmхарактеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне. Поэтому по возможности выбирают меньшую скорость поршня.
Скорость поршня определяется из соотношения:
, м/с (2)С учетом (2) эффективная мощность определяется:
, кВт (3)Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4-х тактных и 10 -16 для 2-х тактных.
У 4-х тактных двигателей, исходя из условий уравновешивания и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно применяет рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к V - образному их расположению.
Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей изменяются в пределах:
- D = 0,170 - 0,300 м для 4-х тактных дизелей с нераздельной камерой сгорания;
- D = 0,150 0,250 м для 2-х тактных дизелей.
При больших диаметрах цилиндров имеют место высокая теплонапряженность, значительная масса деталей кривошипно-шатунного механизма и поршня вследствие высоких нагрузок.
Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рис. 2 и должен соответствовать нормальному ряду диаметров:
0,130; 0,140, 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,210; 0,230, 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300, 0,320; 0,340 м.
Отношение хода поршня Sк диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:
- S/D = 1,0 - 1,3 для 4-х тактных дизелей;
- S/D = 1,2 - 1,7 для 2-х тактных дизелей с клапано-щелевой продувкой;
- S/D = 1,2 - 1,4 для 2-х тактных дизелей с противоположно-движущимися поршнями (прямоточной продувкой).
В двигателях средней быстроходности рекомендуется увеличенные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота камеры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.
Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двигателя. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протекания процессов смесеобразования.
1.2. Определение основных размеров цилиндра двигателя и числа цилиндров рекомендуется производить в следующем порядке:
В соответствии с рекомендациями изложенными в п.1.1, выбирают ориентировочную величину среднего эффективного давления Ре.
Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости поршня Cmi в диапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с интервалом 0,5 м/с.
Для нескольких значений отношения (S/D)j определяют диаметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:
, м (4)Для каждого вычисленного значения диаметра цилиндра по формуле (3) определяют число цилиндров проектируемого двигателя. Полученные значения диаметров и чисел цилиндров сводят в табл. 1.