Ім'я файлу: Курсова робота Ч1.doc
Розширення: doc
Розмір: 518кб.
Дата: 07.07.2022
скачати
Пов'язані файли:
Курсова ч-2 (ЗіЛ133).doc
Розширення: doc
Розмір: 518кб.
Дата: 07.07.2022
скачати
Пов'язані файли:
Курсова ч-2 (ЗіЛ133).doc
Курсова робота
БАТІ-КР 000. АІФ.009. ПЗ
групи М-31Б
_______________________
2014
КУРСОВА РОБОТА
з «Тракторів і автомобілів»
на тему: Тепловий розрахунок двигуна
внутрішнього згоряння. Основи тягового розрахунку трактора
Студента _____ курсу ______ групи
напряму підготовки 6.100.102
« Процеси , машини і обладнання агропромислового комплексу»
__________________________________
(прізвище та ініціали)
Керівник
____________________________________
Національна шкала ________________
Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____
Члени комісії ________________ ___________________________
(підпис) (прізвище та ініціали)
________________ ___________________________
(підпис) (прізвище та ініціали)
________________ ___________________________
(підпис) (прізвище та ініціали
м. Бережани 2014 рік
Зміст
Вступ……………………………………………………………………………4
Розділ 1. Тепловий розрахунок двигуна внутрішнього згорання.
1.1. Процес впуску…………………………………………………….6
1.1.1. Параметри навколишнього середовища…………………6
1.1.2. Тиск і температура залишкових газів……………………6
1.1.3. Температура підігріву свіжого заряду………………….7
1.1.4. Тиск в кінці впуску………………………………………..7
1.1.5. Коефіцієнт залишкових газів………………………….....7
1.1.6. Температура кінця процесу впуску………………….......8
1.2 Процес стиску……………………………………………………8
1.3. Процес згоряння…………………………………………………8
1.3.1. Паливо……………………………………..………………8
1.3.2. Параметри робочого тіла…………………………………9
1.3.3. Параметри кінця згоряння………………………………..10
1.4. Процеси розширення і випуску………………………………...12
1.5. Індикаторні показники робочого циклу……………………….12
1.6. Ефективні показники двигуна…………………………………13
1.7. Розміри і питомі показники двигуна………………………….13
1.8. Побудова індикаторної діаграми……………………………..14
Розділ 2. Розрахунок тягово-економічних показників автомобіля.
2.1.Потужність двигуна……………………………………………...20
2.2.Зовнішня швидкісна характеристика двигуна…………………21
2.3. Передатне число головної передачі………………………….22
2.4.Структура передаточних чисел коробки передач……………...23
2.5.Динамічні характеристики автомобіля…………………………23
2.6.Економічна характеристика автомобіля……………………….24
2.6.1. Універсальна динамічна характеристика автомобіля…26
2.7. Економічна характеристика автомобіля…………………….26
Література…………………………………………………………………….28
Графічна частина проекту:
1.Індикаторна діаграма (Рис. 1)……………………………………...
2.Зовнішня швидкісна характеристика (Рис. 2)……………………
3.Динамічна характеристика автомобіля (Рис. 3)…………………..
4.Економічна характеристика автомобіля (Рис 4)………………….
Розділ І. Тепловий розрахунок двигуна внутрішнього згорання.1.1. Процес впуску.
При розрахунку процесу впуску необхідно визначити тиск Ра і температуру Та кінця впуску, коефіцієнт наповнення. Ці показники впливають на масове наповнення циліндрів.
1.1.1. Параметри навколишнього середовища.
При розрахунку робочого процесу циклу для двигуна без наддуву тиск навколишнього середовища приймають:
Ро=0,1 МПа
То=2930 К.
Для двигуна з наддувом Рк = (0,15...0,18) МПа. Звичайно тиск наддува приймається по подібному двигуні, а температура повітря за компресором розраховується по залежності:
де nк – показник політропи стиску повітря в компресорі, який можна прийняти: для поршневих нагнітачів -nк = 1,4…1,6; об’ємних -nк = 1,55…1,75; осьових і відцентрових- nк = 1,4…2,0.
1.1.2. Тиск і температура залишкових газів.
Тиск залишкових газів залежить від опору випускного тракту, швидкохідності двигуна, фаз газорозподілу, способу наддуву. Для карбюраторних двигунів без наддува тиск залишкових газів(МПа) приймається рівним:
Рr = (1,05…1,25) · Р0 = 0,125 МПа
Тиск залишкових газів залежить від опору випускного тракту, швидкохідності двигуна, фаз газорозподілу тощо. Для дизельного двигуна тиск та температуру залишкових газів лежить в межах:
Температура залишкових газів приймається для карбюраторних двигунів Тr = 800…1100 К = 1000К
Рr = 0,125 МПа
Р0 = 0,1 МПа
Ступінь стиску ε=7,2.
Тому приймаємо
Температуру залишкових газів приймаємо:
Тr = 1000 К
1.1.3. Температура підігріву свіжого заряду.Температура свіжого заряду в процесі впуску підвищується за рахунок передачі частини теплоти від нагрітих деталей двигуна. Як правило степінь підігріву приймається на основі експериментальних даних.
Для карбюраторних двигунів приймається;
Т = 10о
1.1.4. Тиск в кінці впуску.
Тиск кінця впуску Ра впливає на масове наповнення циліндра свіжим зарядом. Для любого двигуна воно повинно забезпечуватися максимальним. Тиск кінця впуску потрібно визначити по залежностям:
Ра = Ро -Ра = 0.1-0.0144=0.0856(МПа)
де Ра – втрати тиску від опору впускної системи.
Орієнтовно втрати тиску Р можна визначити з рівняння Бернуллі:
Ра = (2+вп)(2вп/2)ρо10-6=(3902/2)1.19=0.0144
де – коефіцієнт затухання швидкості руху заряду у вказаному перерізі циліндра;
– коефіцієнт опору впускної системи віднесений до найбільш вузького перерізу;
вп – середня швидкість руху заряду в найменшому перерізі впускної системи;
ρ0 – щільність заряду та впуск.
вп+2=2,9…4 = 3
вп = 60…190 м/с = 100 м/с
Щільність заряду можна знайти за формулою:
0 = Р0106/(RвТо)= 0,1106/(293287)=1,19(кг/м3)
де Rв – масова газова постійна повітря, Rв = 287 Дж (кгград).
1.1.5. Коефіцієнт залишкових газів.
Коефіцієнт залишкових газів γ визначає якість очистки циліндрів двигуна від продуктів згорання. Коефіцієнт залишкових газів без урахування продувки і дозарядки для чотиритактних двигунів можна визначити за формулою:
де ε – ступінь стиску.
1.1.6. Температура кінця процесу впуску.
Температура кінця впуску залежить від температури навколишнього середовища, ступеня підігріву ΔТ і температури Тг коефіцієнта залишкових газів і визначається за формулою:
Коефіцієнт наповнення ηvв цілому визначає якість протікання процесу впуску, визначаємо за формулою:
1.2. Процес стиску.
При розрахунку процесу стиску потрібно визначити тиск Ро (МПа) і температуру кінця стиску Т0 (К) використовуючи формули:
де п1 – показник політропи стиску.
Приймаємо значення показника політропи стиску з номограми для визначення показника політропи стиску, в залежності від ступеня стиску температури кінця впуску: п1 = k1 – 0.03 =1,365-0,02=1,35.
1.3. Процес згоряння.
Процес згоряння являється найбільш складним в здійсненні робочого процесу двигуна. Це пояснюється його швидко текучістю, складністю фізико-хімічних перетворень палива в процесі згорання, впливом на його протікання
параметрів процесу впуску і стиску, якістю розгалуження палива і рівномірністю розподілу частин палива по об'єму камери згорання і ін.
Метою розрахунку процесу згоряння являється визначення параметрів кінця згоряння (температури і тиску).1.3.1. Паливо.
Для розрахункупроцесузгоряннянеобхіднозадати елементарний склад палива і визначитийого теплоту згоряння.
Елементарний склад рідких палив можнаприйняти:
бензин:
С – 0,85; Н – 0,15; О=0;
Тут С; Н; О – масові долі відповідно вуглецю, водню і кисню в 1 кг палива.
Вибираючи елементарний склад палива, поформулі Д.І. Менделєєваможна визначити приблизне значення теплоти згоряння (КДж/кг).
Ни = (33,91С+125,6H-10,89(O-S)-2,51(9H-W))=
= 33,910,85+125.60.15– 2,51 (90,15-0)=43,9(МДж/кг)
де (S і W) – відповідна кількість сірки і водяної пари в продуктах згоряння.(S=W=0 приймаємо при розрахунку Ни ).
1.3.2. Параметри робочого тіла.Визначивши елементарний склад палива потрібно визначити теоретично, необхідну і дійсну кількість повітря для згоряння 1 кг палива склад продуктів згоряння, середньомольні теплоємкості продуктів згоряння.
Теоретично необхідну кількість повітря для згоряння 1 кг палива можна визначити по формулі:
Дійсну кількість свіжого повітря для дизельного двигуна визначаємо за формулою:
М1 = L0+1/mT=0,91 0,514+1/115=0,470 кмоль/кг
де mT – умовна молекулярна маса палива;
mT= 115кг/ кмоль;
- коефіцієнт надлишку повітря;
=0.9.
Загальна кількість продуктів неповного згоряння палива(кмоль/кгпал.) складає:
де МСО і МН2 відповідно кількість діоксиду вуглецю, кисню і водню в продуктах згорання.
Кількість відповідних компонентів продуктів згоряння визначається по формулах:
кмоль/кг пал.
кмоль/кг пал.
кмоль/кг пал.
кмоль/кг пал.
кмоль/кг пал.де k – постійна величина яка залежить від відношення кількості водню і окису вуглецю, які зберігаються в процесі згоряння.
k = 0,48
Теплоємність робочої суміші може бути визначена за формулою:
tс = Тс – 273,15 = 704,03-273,15=430,88 oС
Середню мольну теплоємність
залишкових газів в кінці стиску в залежності від коефіцієнту надлишку повітря по температурі кінця процесу кінця стиску можна визначити при необхідності з таблиці 1.1[1], методом інтерполяції :де = 0,9;та tс =430,88 oС
Кількість продуктів згоряння рідкого палива завжди більша кількості свіжого заряду. Ця різниця враховується теоретичний коефіцієнтом молекулярної зміни паливної суміші:
При згорянні робочої суміші відносна зміна кількості продуктів згоряння визначається дійсним коефіцієнтом молекулярних змін робочої суміші:
1.3.3. Параметри кінця згоряння.
В карбюраторному двигуні потрібно визначити температуру Тz і тиск Рz кінця згоряння.
Температуру кінцязгоряннявизначаютьвикористовуючи формулу:
Теплота згоряння робочої суміші (кДж/(кмоль роб.сум.)):
де Ни – втрати теплоти від хімічного не догоряння палива (кДж/кг)
-0,95—коефіцієнт використання теплоти.
Середня мольна теплоємність при постійному об’ємі продуктів згоряннякДж/(кмоль град):
Середня мольна теплоємність при постійному об’ємі:
Дійсний тиск кінця згоряння (МПа).
Pzд = 0,85
Pz=0,85·=5,74197 мПа1.4. Процеси розширення і випуску.
Вибираємо показник політропи розширення n2. Тиск кінця розширення для карбюраторного двигуна знаходимо(n2=1,23…1,33):
Температура кінця розширення для карбюраторного двигуна:
де – степінь стиску.
Перевіряємо раніше прийняту температуру залишкових газів за залежністю:
Відхилення не повинно перевищувати 5%.
1.5. Індикаторні показники робочого циклу.
Середній теоретичний індикаторний тиск (МПа) для карбюраторного двигуна визначаємо за формулою:
- степінь підвищення тиску. = PZ/PC=6,75526/1,22911=5,49606Дійсний індикаторний тиск дещо менший за теоретичний:
де: φи – коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймаємо: φи = 0,92
Індикаторний ККД:
де:l0 – теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива:l0 = 29·L0=29·0,514=14,90 кг пов./кг пал.
Індикаторна питома витрата палива, г/кВт год.:
1.6. Ефективні показники двигуна.
Тиск механічних втрат (МПа) залежать в основному від середньої швидкості поршня і його визначаємо за емпіричною формулою:
Рм = 0,039+0,0113·Vn.ср=0,039+0,0132·10=0,171МПа
де: Vп.ср.– середня швидкість поршня. Приймаємо:Vп.ср.=6…15м/с=10м/с
Середній ефективний тиск (МПа):Ре = Рі – Рм =1,18532-0,171=1,01432 МПа
Механічний ККД:
м = Ре/Рі=1,01432/1,18532=0,85574
Ефективний ККД двигуна:
е = ім=0,4·0,85574=0,3423
Ефективна потужність,(кВт):
Ne=163 - (згідно вихідних даних)
Ефективна питома витрата палива:
1.7. Розміри і питомі показники двигуна.
Робочий об’єм одного циліндра (л):
де: Ne—ефективна потужність; n—частота обертання колінчатого вала=3900 хв.-1 ; —тактність двигуна; і—число циліндрів.
Діаметр циліндра залежить від відношення ходу поршня до діаметра циліндра (S/D) =0.9мм:
Приймаємо:D =55мм.
Хід поршня(мм):
Приймаємо: S =50мм.
Тоді:
Літраж двигуна (л):
Ефективна потужність (кВт):
Ефективний крутний момент (Н·м):
Годинна витрата палива (кг/год.):
Середня швидкість поршня (м/с):
Літрова потужність двигуна (кВт/л):
1.8. Побудова індикаторної діаграми.
На основі розрахункових даних робочого процесу будується індикаторна діаграма.
На початку побудови на осі абсцис відкладаємо відрізок АВ, що відповідає робочому об’єму циліндра, а по величині, дорівнює ходу поршня в масштабі Мs, який приймаємо: Мs = 1:1.
Відрізок АВ, що відповідає робочому об’єму визначається за формулою:
де S – хід поршня, мм
МS – масштаб ходу поршня.
Відрізок ОА, що відповідає об’єму камери згоряння, визначається із співвідношення:
Відрізок ОВ, що відповідає повному об’єму камери, визначається:
ОВ = ОА + АВ =14,69 +91,09=105,78 мм
Максимальна висота діаграми (точка Z) і положення точки Z по осі абсцис:
ОZ = ОВ (1,5…2) =105,78 · 2=211,56 мм
Визначаємо масштаб тиску при побудові індикаторної діаграми:
де PZ – максимальне значення тиску згорання, МПа
МР – масштаб тиску.
При побудові діаграми приймаємо слідуючий масштаб тиску: МР = 0.07
Уточнюємо максимальну висоту індикаторної діаграми та положення точки Z по осі абсцис:
Криві політроп стиску та розширення будуємо графоаналітичним методом, скориставшись формулами політроп стиску та розширення:
Для визначення координат проміжних точок даних політроп задаємось проміжними значеннями відношення Va(VB) до Vx Найменше значення цього відношення досягається при Vx = Va (VB), тоді Va/ Vx= Vв/ Va= 1. Найбільшим це значення буде для політроп стиску при Vx= Vc. Тоді Va/ Vc= ε Отже, відношення Vа/ Vx для процесу стиску має знаходитися в межах Va/ Vx= 1... ε, а для процесу розширення VB/Vx в межах від 1…δ..
Задаючись проміжними значеннями Va(VB)/ Vx в цих межах, наприклад 2, 3, 4... ε, або 2,3,4…δ можна визначити проміжні значення Vx- Va/(2, 3, 4, ...ε) або Vx= AB/(2; 3, 4, ... ε ), які заносимо в таблицю 1.1.
Таблиця 1.1.Дані по розрахунку точок політропстиску та розширення.
| № п/п |  |  |  |  | Vx |  |  |  |  |
| 1 | 1 | 1 | 0,0856 | 0,082 | 99 | 0,016 | 1 | 0,41 | 10,25 |
| 2 | 2 | 2,5367 | 0,2171 | 0,14 | 66 | 0,01 | 1,66 | 0,68 | 17,05 |
| 3 | 3 | 4,3729 | 0,3743 | 0,21 | 49,5 | 0,0078 | 2,4 | 0,98 | 24,5 |
| 4 | 4 | 6,4352 | 0,5508 | 0,36 | 33 | 0,0052 | 3,97 | 1,63 | 40,7 |
| 5 | 5 | 8,6839 | 0,7433 | 0,53 | 24,75 | 0,0039 | 5,7 | 2,34 | 58,4 |
| 6 | 6 | 11,093 | 0,9495 | 0,71 | 19,8 | 0,0031 | 7,54 | 3,1 | 77,3 |
| 7 | 7 | 13,645 | 1,1679 | 0,9 | 16,5 | 0,0026 | 9,5 | 3,9 | 97,1 |
| 8 | 8 | 16,325 | 1,3974 | 1,1 | 14,1 | 0,0022 | 11,5 | 4,7 | 117,8 |
| | 7,6 | 15,15 | 31,05 | 1,24 | 13 | 0,002 | 13,77 | 5,18 | 129,5 |
По даних таблиці 1.1. значення проміжнихточок наносимо на індика-торнудіаграму і з'єднуюємо плавною кривою(Рис.1)
Отриманий графік індикаторної діаграми двигуна побудовано без врахування впливу на нього фаз газорозподілу. Задаючись моментами відкриття та закриття клапанів, а також кутом випередження запалення чи впорску визначають відповідні їм значення абсцис на індикаторній діаграмі і виконують її округлення .
Моменти відкриття та закриття клапанів та кут випередження запалення" або впорску попередньо вибирається з таблиці 1.2. При цьому треба враховувати, що більші значення кутів приймаються для високо обертових двигунів, а менші - для мало обертових. Абсциси точок зкруглення визначається за формулою:
,Lш і R - береться з завдання, а φ - кут повороту колінчастого валу відповідний моментам відкриття чи закриття клапанів. Дані розрахунків заносяться в таблицю 1.2. і відкладаються на індикаторній діаграмі.
Таблиця 1.2| № п/п | Назва фази | Кут повороту колінчастого валу | Кут повороту від початку циклу | Абсциса точки Ах мм | Позначення точки |
| 1 | Відкриття впускного клапана | 10…300 | 7000 | 5.32 | a' |
| 2 | Закриття впускного клапана після НМТ | 40…700 | 2300 | 119,52 | a" |
| 3 | Відкриття випускного клапана після НМТ | 50…700 | 4800 | 111,16 | в' |
| 4 | Закриття випускного клапана після ВМТ | 10…300 | 200 | 5.27 | в'' |
| 5 | Кут випередження запалення | 30…400 | 3200 | 20,07 | c' |
В кінці процесу стиску, внаслідок початку процесу згоряння тиск буде дещо більшим, ніж Рс отриманий за розрахунком. Тому на лінії Р — Рz(Рz’) відкладається точка Рc” =(1,15... 1,25) Рс і точки. С' та С" з'єднуються плавною кривою.
На проміжку між точками а і в визначається середнє значення ординати
і точки в'в'" та лінія Рг також зєднуються плавною кривою.
Приймаю Рc” = 1,53639 ммТаблиця 1.3.- Результати теплового розрахунку і основні розміри двигуна заносять в таблицю:
| Розміри двигуна | Vл, | 5,86 |
| Vh,л | 0,73261 | |
| S,мм | 101,217 | |
| D,мм | 91,0953 | |
| Витрата палива, г/кВт·год. | qе | 239,569 |
| qi | 205,01 | |
| ККД | м | 0.85574 |
| е | 0.3423 | |
| i | 0.4 | |
| Середнійтиск,МПа | Pе | 1,01432 |
| Pm | 0.171 | |
| Pi | 1.18532 | |
| Pi` | 1.28839 | |
| Температура робочоготіла,К | ТВ | 1844,6467 |
| Тz | 3538,619 | |
| Тс | 704,03 | |
| Тa | 352,8 | |
| Тиск робочого тіла, МПа | PВ | 0.48908 |
| Pz | 6,75526 | |
| Pc | 1.22911 | |
| Pa | 0.0856 |
Рисунок 1. Побудова індикаторної діаграми по методу Брауера.