Расчет автотракторного двигателя Д-248

БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ.

Кафедра тракторов автомобилей

ремонта и эксплуатации МТА

Курсовой проект

на тему: Расчет автотракторного двигателя Д-248.

Выполнил: студент 41 гр.

Проверил: Навицкий А.С.

Белгород.

Исходные данные:

1.Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизированного двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы созданного двигателя. Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы двигателей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построение характеристик и решения ряда вопросов динамики двигателя. Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя. Они будут тем ближе к действительным, чем больше используются фактические данные испытаний таких двигателей, которые по ряду основных параметров близки к проектируемому.

В качестве исходных данных для теплового расчета задаемся следующим:

тип двигателя - четырехтактный, четырехцилиндровый, однорядный, однокамерный дизель. Номинальная мощность дизеля N=60кВт, номинальная частота вращения nн=2000об/мин; степень сжатия ε=16, коэффициент тактности τ=4; коэффициент избытка воздуха α=1,6.Дизельное топливо ,,Л,, (ГОСТ305-82); низшая удельная теплота сгорания топлива Qн=42500кДж/кг; средний элементный состав: С=85,7%, Н=13,3%, Q=1%. Расчет ведем для сгорания 1кг топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

или

где μв- масса 1-го кмоля воздуха(μв=28,96кг/кмоль).

Количество свежего заряда:

Общее количество продуктов сгорания:

При этом химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферные условия принимаем следующие: P0=0,1МПа, T0=288K. Давление окружающей среды

P0= Pк=0,1МПа, температура окружающей среды T0=Tк=288K. Давление и температура остаточных газов: , принимаем Tr=930К.

Процесс впуска. Принимаем температуру подогрева свежего заряда

Плотность заряда на впуске:

где Rв=287Дж/кг∙град- удельная газовая постоянная для воздуха.

Принимаем и

Тогда потери давления на впуске в двигатель:

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов:

Температура в конце впуска:

Коэффициент наполнения:

Процесс сжатия. Показатель политропы сжатия можно определить по эмпирической формуле:

Давление в конце сжатия:

Температура в конце сжатия:

Средняя молярная теплоемкость заряда(воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):

Число молей остаточных газов:

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

Процесс сгорания. Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания жидкого топлива в дизеле:

Число молей газов после сгорания:

Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Принимаем коэффициент использования теплоты . Тогда количество теплоты передаваемой газом на участке cz.zпри сгорании 1кг топлива:

Принимаем степень повышения давления λ=2,2. Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания для дизеля:

Решаем уравнение относительно Tzи находим Tz= 2380

Степень предварительного расширения:

Процесс расширения. Степень последующего расширения:

С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров дизеля принимаем n2= 1,17. Тогда

Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов:

Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя:

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ν=0,95.

Среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:

Индикаторный КПД.

Индикаторный удельный расход топлива:

Эффективные показатели двигателя. Принимаем предварительную среднюю скорость поршня Wп.ср=8,3м/с.

Среднее давление механических потерь:

Среднее эффективное давление:

Механический КПД:

Эффективный КПД:

Эффективный удельный расход топлива:

Основные параметры цилиндра и удельные параметры двигателя:

Мощность двигателя:

Площадь поршня:

Средняя скорость поршня:

Эффективный крутящий момент двигателя:

Часовой расход топлива:

Удельная поршневая мощность:

Если принять массу сухого двигателя без вспомогательного оборудования Gсух=430кг, то литровая масса:

и удельная масса:

2.Кинематический расчет.

Основная задача кинематического расчета состоит в определении закона движения поршня и шатуна. При этом в кинематическом расчете делаются допущения, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью Это позволяет рассчитывать все кинематические параметры механизма в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала φ , который при пропорционален времени, т.е. или , так как и .

Исходные данные: двигатель- с центральным кривошипно - шатунным механизмом; номинальная частота вращения коленчатого вала ;

ход поршня - ; радиус кривошипа - ; постоянная

Угловая скорость кривошипа:

При работе двигателя поршень совершает возвратно-поступательные движения, для характеристики которого определяют перемещение Sx, скорость Wпи ускорение jп. Рассчитываем перемещения поршня Sx, скорости поршня Wп , ускорения поршня jп. Через каждые 10° поворота коленчатого вала и полученные значения заносим в таблицу. Формула для расчета перемещения поршня имеет вид:

Скорость поршня определяется по формуле:

Ускорения поршня определяется по формуле:

Средняя скорость поршня:

Кинематические параметры двигателя.

3. Построение индикаторной диаграммы.

В соответствии с текущими данными данными дизеля принимаем: , , ,.

В результате теплового расчета получены давления в характерных точках диаграммы:

Значения показателей политропы сжатия и расширения:

Степень предварительного расширения: .

Степень последующего расширения: .

Среднее индикаторное давление:

1) Для построения расчетной индикаторной диаграммы определяем относительную высоту камеры сгорания :

2) Рассчитываем степень сжатия Еx, давление на участке сжатия рcx, степень последующего расширения δx, текущее давление на участке расширения рвx:

;

;

;

.

Полученные данные заносим в таблицу.

По полученным точкам строим индикаторную диаграмму.

Проектируем расчетную индикаторную диаграмму с целью ее приближения к действительной с учетом данных по фазам распределения и углу опережения впрыскивание топлива для дизеля Д-248, которые приведены в таблице.

4.Динамический расчет двигателя

Исходные данные: угловое ускорение кривошипа: , угловая скорость кривошипа , постоянная кривошипно-шатунного механизма ; приведенные массы деталей кривошипно-шатунного механизма: площадь поршня Fп=0,009498м²

1) Определение значения избыточного давления газов на поршень по формуле , полученные значения вносим в таблицу.

2) Центробежная сила инерции:

3) Расчетные значения сил инерции поступательно движущихся массPjтакже приведены в таблице.

4) Расчетные значения сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме одного цилиндра за один рабочий цикл дизеля, приведены в таблице. При этом соответствующие значения тригонометрических функций для постоянной также приведены в таблице.

5) Для контроля правильности сил рекомендуются сделать проверку сравнения среднего значения потенциальной силыT, определенным по данным таблицы, со средним значением тангенциальной силы, полученного по данным теплового расчета. Разница в полученных расчетов не должна превышать 5%.

Для рассматриваемого дизеля: расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме одного цилиндра двигателя Д-248.

5 Тяговый расчет двигателя

Имеем трактор ЛТЗ-60,номинальнальная мощность 74,8кВт, частота врашения 2000об/мин, удельный расход топлива 166г/кВт ч.

Расчетная сила тяжести трактора:

где Ркр.оп = 9000Н - оптимальная сила тяги, φкр.оп = 0,25 оптимальное значение коэффициента использования сцепления, λ=0,85.

Находим расчетную эксплутационную массу.

где g=9,8м/с - ускорение свободного падения.

Механический КПД трансмиссии определяется из формулы:

где ηц= и ηк – КПД цилиндрических и конических шестерен трансмиссии, работающих на 1 передаче.

ξ – коэффициент, учитывающий, какая часть номинального крутящего момента двигателя затрачивается на холостое прокручивание двигателя.

Теоретическая скорость трактора на основной передаче;

Конструктивная масса трактора:

Где my= 60кг/кВт удельная масса трактора, Nе=74,8кВт- мощность двигателя. Минимальная эксплутационная масса:

Основные параметры ходовой системы. Радиус качении колес рассчитывают по формуле:

Где d и bнаружный диаметр обода и ширина профиля покрышки, 0,8…0,85- коэффициент, учитывающий радиальную деформацию шин.

Передаточные числа трансмиссии. Знаменатель геометрической прогрессии определяют по формуле:

;

где - оптимальная касательная сила тяги на 1 основной передаче, z- число передач, -минимальна касательная сила тяги на высшей основной передачи.

σТ=2,25- диапазон рабочих тяговых усилий проектируемого класса, для универсально пропашных тракторов (σТ=2…2,5).

Передаточное число соответствующая первой передаче:

Передаточное число для второй передачи:

Передаточное число для третьей передачи:

.

Расчет для построения тяговой характеристики.

Частота вращения холостого хода:

где δр=(0,06…0,08)- степень неравномерности регулятора числа оборотов.

Частота вращения при максимальном крутящем моменте:

где К0=(1,3…1,6)-коэффициент приспособляемости двигателя по оборотам.

Максимальный крутящий момент:

где КМ=1,12- коэффициент запаса крутящего момента, -номинальный крутящий момент.

Эффективная мощность при максимальном крутящем моменте:

Часовой расход на номинальном режиме загрузки:

Часовой расход топлива при холостой работе:

Часовой расход топлива при максимальном крутящем моменте:

где -удельный расход топлива.

Результаты расчета по двигателю заносим в таблицу.

По данным таблицы строим регуляторную характеристику двигателя (рис. 8)

Построение кривой буксования ведущих колес.

Определяем сцепную силу тяжести:

Задаемся значениями φкр от 0,1 до ,

Результаты заносим в таблицу:

По полученным данным строим график буксования (рис 9).

Определение тягово-динамических и топливно-экономических показателей трактора.

Касательная сила тяги на режиме максимальной перегрузки определяется по формуле:

Касательная сила тяги при нормальном режиме для первой передачи:

Определяем усилие на крюку:

;

В режиме максимальной перегрузки;

Для номинального режима:

Определяем теоретическую скорость движения трактора:

При холостой работе трактора;

Для номинального режима:

Для режима максимальной перегрузки:

Действительная скорость движения трактора: :

Действительная скорость трактора на холостом ходу равна теоретической т.к. (δ=0). Номинальный режим:

Максимальная нагрузка:

Тяговая мощность трактора:

Для максимального режима;

;

;

;

Номинальный режим;

;

;

;

Тяговый КПД. Номинальный режим;

; ; .

Максимальная перегрузка;

; ;.

Удельный расход топлива;

Номинальный режим:

Максимальная перегрузка: