Тепловой расчет дизеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Локомотивы»

Курсовая работа

по дисциплине: «Локомотивные энергетические установки»

Тепловой расчет дизеля

Выполнил: студент 4 курса

Гр.ПС-41 Ежиков В.Д

Проверил: ст. преподаватель

Фролов С.Г.

Самара

2018

Реферат

В данной курсовой работе проведен тепловой расчет дизеля на базе существующего прототипа с проведением необходимых расчетов, связанных с определением основных характеристик и параметров проектируемого дизеля, построение индикаторной диаграммы рабочего процесса.

Вторая часть курсовой работы посвящена динамическому расчету шатунно-поршневого механизма, расчету кинематических характеристик движения поршня и расчету сил, действующих на детали КШМ.

Исходные данные

D, S - диаметр цилиндра и ход поршня, мм;

n - частота вращения коленчатого вала, с-1;

i - число цилиндров;

- тактность;

м - механический КПД двигателя;

- коэффициент избытка воздуха для сгорания;

- коэффициент продувки;

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

tк = 60 °С - температура воздуха перед впускными органами (клапанами или окнами) дизеля.

Примечание. В задании везде буквой Т обозначена температура в K, а буквой t - в °С, при этом T = t + 273.

Числовые значения этих величин выбираются из таблицы 1 по последней и из таблицы 2 по предпоследней цифре учебного шифра студента. Дополнительные данные для работы выбираются из таблицы 3, 4:

, v - геометрическая и действительная степени сжатия двигателя;

Pк - давление наддува, МПа;

Рmax - наибольшее давление сгорания, МПа;

- коэффициент остаточных газов;

z - коэффициент выделения тепла;

Мп - масса поршня в сборе, кг;

Мш - масса шатуна в сборе, кг;

z - угол между осями цилиндров V-образного двигателя, град.

Во всех вариантах задания принять: состав дизельного топлива в долях массы: углерод С = 0,87; водород Н = 0,126; кислород О = 0,004; низшая теплота сгорания дизельного топлива = 42500 кДж/кг

Содержание

1. Тепловой расчет дизеля

1.1 Определение параметров рабочего процесса дизеля

1.2 Построение индикаторной диаграммы рабочего процесса дизеля

2. Динамический расчет шатунно-кривошипного механизма

2.1 Расчет кинематических характеристик движения поршня

2.2 Расчет сил, действующих на детали КШМ

Заключение

Библиографический список

1. Тепловой расчет дизеля

1.1 Определение параметров рабочего процесса дизеля

Задачей расчета является определение давлений Р, температур Т и объемов V рабочего тела в цилиндре в характерных точках индикаторной диаграммы и установление закономерностей изменения этих параметров в промежуточных точках.

Индикаторная диаграмма представляет зависимость давления Р от объема V или угла поворота кривошипа коленчатого вала. Характерными точками индикаторной диаграммы являются точки а, с, z, b, которые соответствуют концу процесса наполнения, сжатия, сгорания и расширения (рис. 1).

В первую очередь определяют объемы цилиндра, соответствующие характерным точкам индикаторной диаграммы.

Для этого определяют рабочий объем цилиндра в м3:

где D и S подставляются в м. (2)

Определяем объем камеры сжатия в м3 (объем цилиндра, соответствующий точке с)

где - геометрическая степень сжатия задана в исходных данных.

Доля потерянного хода на процессы газообмена определяется их соотношения, связывающего геометрическую и действительную степени сжатия:

Определения геометрической и действительной v степеней сжатия справедливы как для четырехтактного, так и для двухтактного двигателей. У двухтактного двигателя значительная доля хода поршня затрачивается на процессы газообмена. Поэтому фактическое начало процесса сжатия совпадает с моментом закрытия органов газораспределения (точка а на рис. 1. б), которому соответствует объем Va , не совпадающий с наружной мертвой точкой (н.м.т.)

Рис. 1. Расчетные индикаторные диаграммы двигателей в координатах P-V: а) четырехтактного двигателя; б) двухтактного двигателя

Определим теперь объемы цилиндра, соответствующие точке а:

- четырехтактный двигатель

Vа = Vb = Vc + Vh=0,0012+0,014=0,015м3

При выполнении расчетов за номинальные условия окружающей среды принимать Р0 = 0,1013 МПа, Т0 = 293 К. Давление рабочего тела в конце наполнения (в начале процесса сжатия, точка а) определяется по соотношениям:

- для четырехтактного двигателя Ра = КРк =0,92*0,28=0,258 МПа

Температура рабочего тела в конце наполнения (в начале процесса сжатия, точка а)

где Тк - температура воздуха во впускном патрубке дизеля, К (допускается принимать Тк = 330 К);

Т - величина дополнительного подогрева воздуха от нагретых продуктов сгорания, К;

г - коэффициент остаточных газов, равный отношению количества остаточных газов Gост к свежему заряду воздуха Gcв;

Тz - температура остаточных газов, К.

По опытным данным для эксплуатируемых тепловозных дизелей можно принять ?Т = 10К, Тz = 900 К - для двухтактных дизелей.

Определяют коэффициент наполнения. Коэффициентом наполнения зV называют отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр к началу сжатия, к тому количеству, которое могло бы поместиться в полезном объеме (1 - ш)·Vh (для двухтактного двигателя) при параметрах воздуха перед впускными органами - давлении Рк и температуре Тк.

Коэффициент наполнения для четырехтактного двигателя определяется из выражения



Давление и температуру рабочего тела в конце сжатия (точка c) определяют по формулам:

где е(v) - степень сжатия действительная еv;

nc - среднее значение показателя политропы сжатия.

По опытным данным nc = 1,38. Величина nc зависит от интенсивности охлаждения цилиндра и его газоплотности: меньшее значение nc принимается при интенсивном охлаждении и меньшей газоплотности.

Параметры конца сгорания (точка z ) характеризуются давлением Pz и температурой Tz, при этом значение Pz = Pmax. Прежде чем определить температуру Тz необходимо вычислить некоторые характерные величины, относящиеся к процессу сгорания.

Теоретически необходимое количество воздуха в киломолях для сгорания 1 кг жидкого топлива определяется с учетом его элементарного состава по стехиометрическим соотношениям.

кмоль возд./кг. топл.

или в массовых единицах:

кг. возд./кг. топл.

где mB = 28,95 кг/кмоль - молекулярная масса воздуха.

Химический коэффициент молекулярного изменения м0, характеризующий относительное увеличение числа молей продуктов сгорания по сравнению с числом молей воздуха, участвующего в горении, определяют по формуле:

где H, O - массовые доли элементов топлива (по заданию);

б - коэффициент избытка воздуха для сгорания.

Действительный коэффициент молекулярного изменения м характеризует относительное увеличение числа молей рабочего тела в цилиндре при сгорании топлива

где - коэффициент остаточных газов.

Степень повышения давления при сгорании

Температура рабочего тела в конце сгорания tz = TZ - 273 °С определяется из уравнения сгорания:

где Z- коэффициент эффективного выделения тепла до точки z;

- низшая теплота сгорания топлива (по заданию);

- средняя молярная теплоемкость при постоянной давлении продуктов сгорания жидкого топлива, определяемая при температуре tz;

- средняя молярная теплоемкость при постоянном объеме для воздуха, определяемая при темпере tс.- температуре рабочего тела в точке с.

Средние молярные теплоемкости в кДж/(кмоль·град) определяют по формулам:

- воздух и двухатомные газы:

- продукты сгорания жидкого топлива при б > 1:

Подставим (18) и (19) в (17):

Задаем температуру tZ в первом приближении, tZO = 1790 °C. Вычисляют по формуле (19) значение , подставляют его в уравнение (17), из которого вычисляют tZ,

следовательно tZ=1670

После вычисления TZ = tZ +273=2021,9К определяем степень предварительного расширения

Так как по определению степень предварительного расширения, то

Заданное значение PZ = Pmax и расчетные значения ТZ и VZ полностью определяют параметры и положение точки z в координатах P-V.

Давление PB и температура TB рабочего тела в конце расширения (точка b) определяются из соотношений:

где np - среднее значение показателя политропы расширения.

По опытным данным np = 1,27. Величина np зависит от интенсивности охлаждения цилиндра и его газоплотности.

После определения параметров характерных точек индикаторной диаграммы вычисляются показатели рабочего процесса.

Расчетное среднее индикаторное давление в МПa определяют по формуле:

где е- действительная степень сжатия, принимаемые в зависимости от тактности двигателя;

д - действительная д степени последующего расширения;

Среднее индикаторное давление действительного цикла Pi меньше расчетного Pip вследствие наличия скруглений в точках индикаторной диаграммы и в конце расширения.

Поэтому

где цп - коэффициент полноты диаграммы.

По опытным данным принимают:

- четырехтактный двигатель: цп = 0.97.

Индикаторная мощность двигателя, кВт

Индикаторным КПД зi (в цилиндре) называют отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к затраченному количеству теплоты. Этот КПД двигателя определим по формуле:

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВтч):

Среднее эффективное давление Pв, МПа, эффективные мощность Ne, кВт, КПД зе и удельный расход топлива be, кг/(кВтч) определяют из выражений:

где зм- механический КПД дизеля.

Часовой расход топлива дизелем, кг/ч:

Расход воздуха дизелем в кг/ч:

где ш - коэффициент продувки.

Количество отработавших газов, кг/ч:

1.2 Построение индикаторной диаграммы рабочего процесса двигателя

Индикаторную диаграмму строят в координатах давление Р и объем V (см. рис. 1). По оси абсцисс откладывают вычисленные ранее объемы VC, Vh, Va, шVh, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы. Рекомендуется объемы откладывать в масштабе 1 мм - 0,0510-3 м3 (для вариантов 0 - 1 мм - 0,110-3м3). По оси ординат откладывают вычисленные ранее давления, соответствующие характерным точкам индикаторной диаграммы (точки а , с , z , b). Рекомендуется давление откладывать в масштабе 1 мм - 0,05 МПа. На осях абсцисс и ординат согласно выбранным масштабам наносят числовые шкалы объемов и давлений. По значениям объемов и давлений находят положение характерных точек индикаторной диаграммы.

Для двухтактного двигателя (см. рис. 1 б) процесс газообмена изображают линией в - r - а, при этом также условно принимают, что Pr = Рa.

Далее необходимо определить координаты промежуточных точек политроп сжатия а - с и расширения z - b. Для этого выражают значение давлений Р точек этих политроп при заданном текущем объеме V по уравнениям:

- для политропы сжатия



- для политропы расширения

где Va, VZ - объемы, соответствующие точкам а и z.

nс, np- средние показатели политроп сжатия и расширения.

Задав значение текущего объема V, определяют из приведенных соотношений давление Р.

При заданном угле поворота коленчатого вала ц текущий объем, м3 для двигателя с одним поршнем в цилиндре

где VC - объем камеры сжатия, м3;

- площадь поперечного сечения цилиндра, м2;

(D - диаметр цилиндра, м);

Sц - перемещение поршня от в.м.т., м.

Зависимость хода поршня от угла поворота коленчатого вала для центрального кривошипно-шатунного механизма имеет следующий вид:

где R = S/2=0,13 м - радиус кривошипа;

л = R/L - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна L;

Sц - ход поршня от в.м.т.;

в - угол отклонения шатуна от оси цилиндра, sin в = л sin ц

Приближенную зависимость хода поршня от одной переменной (угла поворота кривошипа) можно получить в виде:

Таблица 1

Расчет политроп сжатия и расширения

				Сжатие	Расширение
??	Sц, м	Fп· Sц, м2	V, м	Va/V	(Va/V)nc	P, МПа	V/Vz	(V/Vz)np	P, МПа
0	0	0	0,0012	12,4167	30,75012	7,93353	0,71006	0,64958	20,013
15	0,0056	0,0003	0,0015	9,95457	22,76725	5,87395	0,88568	0,85816	15,14866
30	0,021	0,00111	0,00231	6,44185	12,59663	3,24993	1,36864	1,48499	8,754257
45	0,046	0,00244	0,00364	4,09566	6,803933	1,75541	2,15266	2,62754	4,947589
60	0,077	0,00408	0,00528	2,82144	4,098636	1,05745	3,12485	4,20228	3,093558
75	0,11	0,00583	0,00703	2,11949	2,777628	0,71663	4,15976	6,02596	2,157332
90	0,15	0,00795	0,00915	1,62842	1,940889	0,50075	5,4142	8,3995	1,547712
105	0,18	0,00954	0,01074	1,38734	1,560873	0,40271	6,35503	10,2785	1,264781
120	0,21	0,01113	0,01233	1,20843	1,29367	0,33377	7,29586	12,2314	1,062838
135	0,23	0,01219	0,01339	1,11277	1,15641	0,29835	7,92308	13,5708	0,957937
150	0,25	0,01325	0,01445	1,03114	1,042589	0,26899	8,5503	14,9381	0,870256
165	0,257	0,01362	0,01482	1,00533	1,007256	0,25987	8,76982	15,423	0,842898
180	0,26	0,01378	0,01498	0,99466	0,992744	0,25613	8,86391	15,6318	0,831641

По значениям объемов V (столбец 4) и давлений P (столбец 7) строим линию сжатия индикаторной диаграммы, а по данным столбцов 4 и 10 - линию расширения.

По индикаторной диаграмме определяют среднее индикаторное давление Piсp. С этой целью необходимо вначале определить площадь Fi индикаторной диаграммы (рис. 3), заключенную между линиями расширения и сжатия, т.е. в контуре а- c- z'- z - b - а. Площадь Fi в масштабе пропорциональна работе газов за цикл Li . Площадь Fi вычисляют по методу трапеций. Для вычисления площади Fi делят отрезок l на 10 равных частей и определяют величины ординат yо, y1, … yn заключенных между линиями сжатия и расширения.

- у0 =91; у3=41; у6=19; у9=12;

- у1 =106; у4=31; у7=17; у10=11.

- у2=60; у5=24; у8=14; l=137; уi=

Приближенное значение площади, мм2 вычисляют по формуле трапеций

где l и у выражены, мм.

Рис. 3. Схема определения площади индикаторной диаграммы

Средняя высота прямоугольника площадью Fi и основанием l будет

, мм

Если на индикаторной диаграмме масштаб давлений соответствует величине mp = МПа/мм, то расчетное среднее индикаторное давление, МПа

Вычисленное из индикаторной диаграммы значение Pipс должно быть близко к расчетному, определенному по формуле (27) , что указывает на правильность построения индикаторной диаграммы.

2. Динамический расчет шатунно-кривошипного механизма

2.1 Расчет кинематических характеристик движения поршня

Целью кинематического расчета является определение перемещения S, скорости и ускорения j поршня в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала и построение графиков этих зависимостей. Расчетная схема кривошипно-шатунного механизма приведена на рис. 4. Перемещение, скорость и ускорение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа для аксиального кривошипно-шатунного механизма определяются из выражений:

где R = S0/2=0,13 - радиус кривошипа, м;

=R/L - постоянная кривошипно-шатунного механизма;

L - длина шатуна, м;

= 2n=114,9- угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;

- угол поворота кривошипа коленчатого вала;

- угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра.

Связь между углом поворота кривошипа коленчатого вала и углом отклонения оси шатуна от оси цилиндра устанавливается из геометрических соображений соотношением

. (50)

При вычислении кинематических характеристик поршня аксиального кривошипно-шатунного механизма вместо точных формул (47), (48), (49) можно пользоваться приближенными выражениями, достаточно точными для практических расчетов:

Рис. 4. Расчетная схема кривошипно-шатунного механизма: ВМТ - внутренняя мертвая точка; НМТ - наружная мертвая точка; S - перемещение поршня; R - радиус кривошипа; L - длина шатуна; - угол поворота кривошипа; - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра

Кинематические характеристики по вышеприведенным формулам рассчитываются для поршня дизеля с V-образным расположением цилиндров. Эти формулы используются также для определения кинематических характеристик движения поршня V-образных дизелей.

Таблица 2

Расчет перемещения, скорости и ускорения поршня

?	1-cos+/4(1-cos2)	S,м	S, мм	sin+/2sin2	, м/c	, мм	cos+ cos2	j, м/c2	j, мм
0	0	0	0	0	0	0	1,25	2145,325	107,2663
15	0,0382	0,004966	2,483	0,323	4,82562	48,2562	1,187	2037,201	101,86
30	0,162	0,02106	10,53	0,608	9,08352	90,8352	0,995	1707,679	85,38394
45	0,353	0,04589	22,945	0,835	12,4749	124,749	0,71	1218,545	60,92723
60	0,595	0,07735	38,675	0,978	14,61132	146,1132	0,375	643,5975	32,17988
75	0,859	0,11167	55,835	1,0325	15,42555	154,2555	0,043	73,79918	3,689959
90	1,126	0,14638	73,19	1	14,94	149,4	-0,25	-429,065	-21,4533
105	1,378	0,17914	89,57	0,908	13,56552	135,6552	-0,477	-818,656	-40,9328
120	1,595	0,20735	103,675	0,762	11,38428	113,8428	-0,625	-1072,66	-53,6331
135	1,773	0,23049	115,245	0,585	8,7399	87,399	-0,71	-1218,54	-60,9272
150	1,902	0,24726	123,63	0,392	5,85648	58,5648	-0,745	-1278,61	-63,9307
165	1,978	0,25714	128,57	0,198	2,95812	29,5812	-0,753	-1292,34	-64,6172
180	2	0,26	130	0	0	0	-0,75	-1287,2	-64,3598
195	1,978	0,25714	128,57	-0,198	-2,95812	-29,5812	-0,753	-1292,34	-64,6172
210	1,902	0,24726	123,63	-0,392	-5,85648	-58,5648	-0,745	-1278,61	-63,9307
225	1,773	0,23049	115,245	-0,585	-8,7399	-87,399	-0,71	-1218,54	-60,9272
240	1,595	0,20735	103,675	-0,762	-11,3843	-113,843	-0,625	-1072,66	-53,6331
255	1,378	0,17914	89,57	-0,908	-13,5655	-135,655	-0,477	-818,656	-40,9328
270	1,126	0,14638	73,19	-1	-14,94	-149,4	-0,25	-429,065	-21,4533
285	0,859	0,11167	55,835	-1,0325	-15,4256	-154,256	0,043	73,79918	3,689959
300	0,595	0,07735	38,675	-0,978	-14,6113	-146,113	0,375	643,5975	32,17988
315	0,353	0,04589	22,945	-0,835	-12,4749	-124,749	0,71	1218,545	60,92723
330	0,162	0,02106	10,53	-0,608	-9,08352	-90,8352	0,995	1707,679	85,38394
345	0,0382	0,004966	2,483	-0,323	-4,82562	-48,2562	1,187	2037,201	101,86
360	0	0	0	0	0	0	1,25	2145,325	107,2663

Результаты вычисления перемещения S, скорости и ускорения j удобно представлять в виде таблицы (см. табл. 2).

Расчеты выполнены для значений углов поворота кривошипа коленчатого вала в диапазоне от 0° до 360° через каждые 15°.

Графики изменения перемещения S , скорости и ускорения j построены на миллиметровой бумаге формата А3. По оси абсцисс откладываем углы поворота кривошипа коленчатого вала в диапазоне 0-3600 (масштаб = 1 град/мм), а по оси ординат соответственно S, , j. При этом выбираем удобные для построения зависимостей масштабы S, , j. С учетом этих масштабов в столбцы 4, 7 и 10 табл.1 заносим значения в миллиметрах. На осях абсцисс и ординат наносятся соответствующие шкалы, указываются параметры и их размерность. Соответствующие масштабы указываются на поле рисунка.

2.2. Расчет сил, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма

Целью динамического расчета является определение сил и моментов, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма при работе дизеля. Знание сил и моментов необходимо для расчета деталей проектируемого двигателя на прочность, анализа надежности и долговечности узлов и деталей в эксплуатации, оценки уравновешенности двигателя и сравнения его нагруженности с аналогичными эксплуатируемыми дизелями.

Рассмотрим изменение сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Во время работы дизеля на его кривошипно-шатунный механизм действует три силы:

- сила от давления газов на поршень, приложенная к верхней головке шатуна

- сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс, приложенная к верхней головке шатуна

-сила инерции от вращающихся масс, приложенная к нижней головке шатуна

где - масса возвратно-поступательно движущихся деталей, кг;

- масса вращающихся деталей, кг;

j - ускорение поршня, м/с2;

PГ = P - P0, - давление газов на поршень, МПа;

P = f() - давление газов на поршень со стороны камеры сгорания;

P0 - давление газов со стороны кривошипной камеры (картера).

Силы РГ и Рj всегда имеют направление действия вдоль оси цилиндра, поэтому их можно складывать алгебраически

Р= Рj+ РГ

а сила РC направлена от оси вращения вдоль радиуса кривошипа. Силы РГ и Рj считаются положительными, если они направлены к днищу поршня, а сила РС - если направлена от оси вращения коленчатого вала. Расчетная схема аксиально-кривошипного механизма и действующих на его элементы сил приведена на рис. 5.

Рис.5. Расчетная схема аксиального кривошипно-шатунного механизма и сил, действующих на его элементы

Суммарная сила Р приложена к поршню и ее можно разложить на силу РК, действующую вдоль оси шатуна, и силу РN, направленную перпендикулярно к боковой стенке цилиндра. Сила РN определяет величину силы трения поршня о поверхность цилиндровой втулки. В проектном динамическом расчете величину силы трения не учитываем. Силу РК можно перенести вдоль линии ее действия и принять за точку приложения центр шатунной шейки коленчатого вала. Эту силу можно также разложить на две составляющие: силу РТ, направленную тангенциально, и силу РR , направленную вдоль радиуса кривошипа коленчатого вала.

Сила РК считается положительной, если она сжимает стержень шатуна, сила РТ - если действует по направлению вращения коленчатого вала, а сила РR - если она сжимает щеку кривошипа коленчатого вала.

При выполнении динамического расчета кривошипно-шатунного механизма дизеля обычно находят не абсолютные значения этих сил, а их удельные значения, т.е. относят силы к единице площади поперечного сечения поршня и обозначают строчными буквами. В этом случае для определения абсолютного значения сил по результатам расчета необходимо удельную силу умножить на площадь поршня. Удельная сила давления газов PГ алгебраически складывается из давления газов на поршень со стороны камеры сгорания P и со стороны кривошипной камеры (картера) P0, т.е.

PГ = P - P0 =Р-0,1013

В проектном расчете можно принять давление в кривошипной камере равным атмосферному, т.е. P0 = 0,1013 МПа.

Зависимость изменения давления P газов в камере сгорания от угла поворота кривошипа коленчатого вала или объема цилиндра V задается индикаторной диаграммой, построенной по результатам теплового расчета.

Удельная сила инерции в МПа от возвратно-поступательно движущихся масс определяется по формуле:

где - площадь поперечного сечения, м2;

j - ускорение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала, м/с2.

Масса включает массу комплекта поршня МП (поршень, вставка, палец, поршневые кольца и др.) и часть массы шатуна МШП, участвующую в поступательном движении, т.е.

= МП + МШП =32+18=50кг

Массу шатуна делят условно на две части. Одну из них МШП условно считают сосредоточенной на оси поршневого пальца и относят к поступательно движущимся частям, а другую МШВ - на оси кривошипа и относят к вращающимся частям. Распределение масс производят по правилам разложения равнодействующей на две параллельные силы:

МШП = МШ LC / L=0,3*60=18кг

МШВ= МШ (1- LC / L)=60(1-0,3)=42кг

где L - длина шатуна между центрами верхней и нижней головок;

LC - расстояние от центра масс шатуна до центра нижней головки шатуна.

При проектных расчетах расстояние от оси кривошипной головки до центра масс шатуна можно принять равным: для тепловозных дизелях LC = 0,3L;

Сложив алгебраически соответствующие ординаты зависимостей удельных сил PГ и Pj, получим зависимость удельной суммарной силы P от угла .

Для построения зависимостей удельных сил PN, PK, PT, PR от угла поворота кривошипа коленчатого вала используются следующие соотношения:

PN = P

PK= P

PT = P

PR= P

Таблица 3

Расчет удельных сил, действующих на элементы кривошипно-шатунного механизма

0	Р, МПа	РГ, МПа	J, м/с2	Pj, МПа	Р, МПа	tq	PN,, МПа	cos	PK,, МПа	(sin(+))/cos	PT, МПа	(cos(+))/cos	PR, МПа
0	0,258	0,1567	2145,325	-2,0209	-1,8642	0	0	1	-1,8642	0	0	1	-1,8642
15	0,258	0,1567	2037,201	-1,91904	-1,76234	0,065	-0,11455	0,998	-1,76588	0,32	-0,56395	0,943	-1,66189
30	0,258	0,1567	1707,679	-1,60863	-1,45193	0,126	-0,18294	0,992	-1,46364	0,609	-0,88423	0,803	-1,1659
45	0,258	0,1567	1218,545	-1,14787	-0,99117	0,179	-0,17742	0,984	-1,00729	0,826	-0,81871	0,577	-0,5719
60	0,258	0,1567	643,5975	-0,60627	-0,44957	0,222	-0,0998	0,976	-0,46062	0,977	-0,43923	0,308	-0,13847
75	0,258	0,1567	73,79918	-0,06952	0,087181	0,248	0,021621	0,971	0,089785	1,026	0,089448	-0,018	-0,00157
90	0,258	0,1567	-429,065	0,404179	0,560879	0,258	0,144707	0,968	0,579421	1	0,560879	-0,258	-0,14471
105	0,258	0,1567	-818,656	0,771174	0,927874	0,248	0,230113	0,971	0,955586	0,899	0,834159	-0,496	-0,46023
120	0,258	0,1567	-1072,66	1,010446	1,167146	0,222	0,259106	0,976	1,195846	0,755	0,881195	-0,692	-0,80766
135	0,258	0,1567	-1218,54	1,147865	1,304565	0,179	0,233517	0,984	1,325777	0,579	0,755343	-0,832	-1,0854
150	0,258	0,1567	-1278,61	1,204451	1,361151	0,126	0,171505	0,992	1,372128	0,391	0,53221	-0,929	-1,26451
165	0,258	0,1567	-1292,34	1,217384	1,374084	0,065	0,089315	0,998	1,376838	0,196	0,269321	-0,981	-1,34798
180	0,25	0,1487	-1287,2	1,212542	1,361242	0	0	1	1,361242	0	0	-1	-1,36124
195	0,256	0,1547	-1292,34	1,217384	1,372084	-0,065	-0,08919	0,998	1,374834	-0,196	-0,26893	-0,981	-1,34601
210	0,269	0,1677	-1278,61	1,204451	1,372151	-0,126	-0,17289	0,992	1,383216	-0,391	-0,53651	-0,929	-1,27473
225	0,298	0,1967	-1218,54	1,147865	1,344565	-0,179	-0,24068	0,984	1,366428	-0,579	-0,7785	-0,832	-1,11868
240	0,334	0,2327	-1072,66	1,010446	1,243146	-0,222	-0,27598	0,976	1,273715	-0,755	-0,93858	-0,692	-0,86026
255	0,403	0,3017	-818,566	0,771089	1,072789	-0,248	-0,26605	0,971	1,104829	-0,899	-0,96444	-0,496	-0,5321
270	0,501	0,3997	-429,065	0,404179	0,803879	-0,258	-0,2074	0,968	0,830454	-1	-0,80388	-0,258	-0,2074
285	0,717	0,6157	73,79918	-0,06952	0,546181	-0,248	-0,13545	0,971	0,562493	-1,026	-0,56038	0,018	0,009831
300	1,057	0,9557	643,5975	-0,60627	0,349431	-0,222	-0,07757	0,976	0,358024	-0,977	-0,34139	0,308	0,107625
315	1,755	1,6537	1218,545	-1,14787	0,505831	-0,179	-0,09054	0,984	0,514055	-0,826	-0,41782	0,577	0,291864
330	3,25	3,1487	1707,679	-1,60863	1,540066	-0,126	-0,19405	0,992	1,552486	-0,609	-0,9379	0,803	1,236673
345	5,874	5,7727	2037,201	-1,91904	3,853657	-0,065	-0,25049	0,998	3,861379	-0,32	-1,23317	0,943	3,633998
360	13	12,8987	2145,325	-2,0209	10,8778	0	0	1	10,8778	0	0	1	10,8778
375	13	12,8987	-732,867	0,690361	13,58906	0,065	0,883289	0,998	13,61629	0,32	4,348499	0,943	12,81448
390	13	12,8987	-551,234	0,519262	13,41796	0,126	1,690663	0,992	13,52617	0,609	8,171539	0,803	10,77462
405	8,754	8,6527	-325,272	0,306406	8,959106	0,179	1,60368	0,984	9,104783	0,826	7,400222	0,577	5,169404
420	4,948	4,8467	-60,078	0,056593	4,903293	0,222	1,088531	0,976	5,023866	0,977	4,790518	0,308	1,510214
435	3,094	2,9927	234,5212	-0,22092	2,771781	0,248	0,687402	0,971	2,854563	1,026	2,843847	-0,018	-0,04989
450	2,157	2,0557	544,4776	-0,5129	1,542802	0,258	0,398043	0,968	1,593804	1	1,542802	-0,258	-0,39804
465	1,548	1,4467	852,5649	-0,80312	0,643584	0,248	0,159609	0,971	0,662805	0,899	0,578582	-0,496	-0,31922
480	1,265	1,1637	1139,844	-1,07373	0,089967	0,222	0,019973	0,976	0,092179	0,755	0,067925	-0,692	-0,06226
495	1,063	0,9617	1387,393	-1,30692	-0,34522	0,179	-0,0618	0,984	-0,35084	0,579	-0,19988	-0,832	0,287227
510	0,958	0,8567	1578,112	-1,48658	-0,62988	0,126	-0,07937	0,992	-0,63496	0,391	-0,24628	-0,929	0,58516
525	0,87	0,7687	1698,398	-1,59989	-0,83119	0,065	-0,05403	0,998	-0,83286	0,196	-0,16291	-0,981	0,815398
540	0,83	0,7287	1739,5	-1,63861	-0,90991	0	0	1	-0,90991	0	0	-1	0,909909
555	0,258	0,1567	1379,5	-1,29949	-1,14279	-0,065	0,074281	0,998	-1,14508	-0,196	0,223987	-0,981	1,121076
570	0,258	0,1567	1698,398	-1,59989	-1,44319	-0,126	0,181842	0,992	-1,45483	-0,391	0,564288	-0,929	1,340724
585	0,258	0,1567	1578,112	-1,48658	-1,32988	-0,179	0,238049	0,984	-1,35151	-0,579	0,770001	-0,832	1,106461
600	0,258	0,1567	1387,393	-1,30692	-1,15022	-0,222	0,25535	0,976	-1,17851	-0,755	0,868419	-0,692	0,795955
615	0,258	0,1567	1139,844	-1,07373	-0,91703	-0,248	0,227424	0,971	-0,94442	-0,899	0,824413	-0,496	0,454848
630	0,258	0,1567	852,5649	-0,80312	-0,64642	-0,258	0,166775	0,968	-0,66779	-1	0,646416	-0,258	0,166775
645	0,258	0,1567	544,4776	-0,5129	-0,3562	-0,248	0,088337	0,971	-0,36684	-1,026	0,365459	0,018	-0,00641
660	0,258	0,1567	234,5212	-0,22092	-0,06422	-0,222	0,014257	0,976	-0,0658	-0,977	0,062742	0,308	-0,01978
675	0,258	0,1567	-60,078	0,056593	0,213293	-0,179	-0,03818	0,984	0,216762	-0,826	-0,17618	0,577	0,12307
690	0,258	0,1567	-325,272	0,306406	0,463106	-0,126	-0,05835	0,992	0,466841	-0,609	-0,28203	0,803	0,371874
705	0,258	0,1567	-552,234	0,520204	0,676904	-0,065	-0,044	0,998	0,678261	-0,32	-0,21661	0,943	0,638321
720	0,258	0,1567	-732,867	0,690361	0,847061	0	0	1	0,847061	0	0	1	0,847061

По результатам расчета удельных сил (табл. 3) строят совмещенные графики для зависимостей:

РГ = f(), Рj = f(), Р = f(); (Прил.3)

РN = f(), РK = f(); (Прил.4)

РT = f(), РR = f(). (Прил.5)

Зависимости строятся с учетом принятых ранее масштабов p, . На осях абсцисс и ординат наносятся соответствующие шкалы, указываются параметры и их размерность. Соответствующие масштабы приводятся на поле рисунков.

Кроме рассмотренных сил на детали кривошипно-шатунного механизма действуют также центробежные силы от вращающихся масс

где МК - неуравновешенная масса колена коленчатого вала.

Сила РС - приложена к центру шатунной шейки и воздействует на коренные шейки и их подшипники.

На шатунную шейку вала и ее подшипники воздействует центробежная сила РС, возникающая при движении только той части массы шатуна, которая отнесена к центру его нижней головки, т.е. массы МШВ. Величина удельной центробежной силы PС, воздействующей на шатунную шейку, находится по формуле:

Заключение

В курсовой работе был проведен тепловой расчет дизеля на базе существующего 1Д49 при тепловозе ТЭП75.

Определил основные параметров рабочего процесса двигателя; рассчитал мощность, расход топлива, воздуха и газов двигателя. построил индикаторную диаграмму рабочего процесса в координатах давление-объем Р=f(V). Рассчитал силы, действующие на КШМ двигателя, и на их основе построил зависимости удельных сил от угла поворота коленчатого вала.

Библиографический список

тепловой дизель шатунный поршневой

Володин А. И. Локомотивные энергетические установки: учебник для вузов ж.д. трансп. / А. И. Володин, В. З. Зюбанов, В. Д. Кузьмич и др. - М. : ИПК «Желдориздат», 2002. - 718 с.

Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Локомотивные энергетические установки» для студентов специальности 190300.65 «Подвижной состав железных дорог» специализация «Локомотивы» очной и заочной форм обучения / Составители: Д.Я. Носырев, А.В. Муратов, А.А. Свечников, С.А. Петухов. -Самара.: СамГУПС, 2014г.

Размещено на Allbest.ru