Файл: Kursovoy_64_kN_1.doc

Министерство сельского хозяйства

Российской федерации

ФГОУ ВПО “Тюменская государственная сельскохозяйственная академия“

МТИ

Кафедра “Сельскохозяйственных и мелиоративных машин”

Дисциплина “Тракторы и автомобили”

Курсовой проект

На тему: “Проектирование и расчёт двигателей внутреннего сгорания”

Выполнил.

Студент группы Т-522: О.В.Толкачёв.

Проверил.

Руководитель: О.А.Морозов.

г. Тюмень 2009г.

2.

1. Аналитический обзор

Исходные данные:

F_кр =47 кН

По исходным данным мною был подобран трактор который наиболее подходит под эту характеристику по технико-экономическим показателям это трактор

КИРОВЕЦ –К-701М на сдвоенных колёсах.

Технические характеристики.

СХиММ КР.РД.000.000.001

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал

Толкачёв О.В

Аналитический обзор

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

3

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

3.

Шина колесного движителя под действием вертикальной нагрузки деформируется и погружается в почву на глубину, при которой наступает равновесие менаду суммирующимися по контактной поверхности удельным давлением шины и удельным сопротивлением почвы. Чтобы снизить удельное давление на почву со стороны ходовой части, на тракторах «Кировец» применяют уширенные шины увеличенных типоразмеров и сдваивают шины с использованием специальных приспособлений, устанавливаемых на торцах конечных передач ведущих мостов.
Сдвоенные колеса устанавливают в следующей последовательности. Отворачивают серийные гайки, вынимают прижимы и выворачивают шпильки из водила конечной передачи. Наворачивают на длинные шпильки гайки, устанавливают прижимы, заворачивают шпильки в водило до отказа и вращением гаек закрепляют обод.
Устанавливают распорное кольцо в конусную поверхность основного колеса, прижимают его дополнительным колесом, устанавливают на шпильки прижимное кольцо и вращением гаек закрепляют дополнительное колесо. Доводят давление воздуха в основных шинах до 0,11 МПа (1,1 кгс/см2) и в дополнительных — до 90 кПа (0,9 кгс/см2). Обкатывают тракторы в течение 1,5 ч, подтягивая гайки крепления колес через каждые 30 мин.

Результаты сравнительных хозяйственных испытаний трактора «Кировец» с различной шириной колеи показали, что производительность в среднем возросла на 7…11%, а расход топлива на единицу обработанной площади снизился на 8…19% по сравнению с серийным.

При работе на сдвоенных шинах глубина колеи при влажности более 26% значительно меньше, чем при одинарных шинах, а физические характеристики почвы по колее значительно ближе к параметрам неуплотненной почвы вне колеи.

Рис. 1. Зависимость силы сопротивления движения (Р_f) и касательной силы тяги трактора (P_к) от ширины контакта колес с почвой (В)

СХиММ КР.РД.000.000.001

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

4.

Согласно рис.1, видно что при увеличении ширины контакта колеса трактора с почвой повышаются сила сопротивления движению с 21,9 кН до 25 кН и касательная сила тяги трактора с 35 кН до 73 кН при увеличении ширины колеса с 0,8 до 1,6 м, то есть возрастание касательной силы тяги происходит более интенсивно по сравнению с силой сопротивления. Следовательно, увеличение ширины контакта движителя с почвой позволит увеличить тяговое усилие трактора и снизить техногенное воздействие на почву.

На сдвоенных шинах при массе 15 600 кг трактор К-701 может развить на стерне тяговое усилие 70… 75 кН (7000…7500 кгс) при скорости 7…8 км/ч и буксовании 12…15% и 75…80 кН (7500…8000 кгс) при скорости 6 км/ч и буксовании 20%. На стерне при тяговом усилии более 47,5 кН (4750 кгс) и скорости движения выше 10 км/ч.

Тяговый КПД на сдвоенных шинах по сравнению с одинарными снижается из-за увеличения коэффициента сопротивления движению. На поле, подготовленном под посев, тяговый КПД трактора К-701 на сдвоенных шинах при скорости более 8 км/ч и тяговом усилии менее 50 кН (5000 кгс) ниже, чем на одинарных шинах, также из-за увеличения относительных потерь на передвижение трактора.
Диапазон максимальных значений тягового КПД с 9…11 км/ч смещается в сторону пониженных скоростей (8…10 км/ч).
Учитывая это, трактор К-701 целесообразно использовать со сдвоенными шинами на операциях, ограниченных по скорости. Например, на противоэрозионной обработке почвы работа допускается па скорости 8 км/ч, так как при имеющихся конструкциях рабочих органов плоскорезов при большей рабочей скорости земля выбрасывается из-под стоек и засыпает стерню.

Применение трактора К-701 со сдвоенными шинами на глубоком рыхлении зяби с тремя плоскорезами КПГ-2,2 па скорости 8 км/ч позволяет сохранить стерню и повысить сменную производительность на 40…45%.

СХиММ КР.РД.000.000.001

лист

3

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

5.

2. Подбор двигателя для проектируемой машины

2.1 Расчет номинальной мощности двигателя

Расчет номинальной мощности двигателя производится с учетом номинального тягового усилия трактора, силы сопротивления качению, массы трактора, потерь на трение в трансмиссии и необходимого запаса мощности двигателя.

Учитывая вышеизложенное, номинальная мощность двигателя P_е определяется по формуле

, кВт,

где F_н номинальная сила тяги на крюке - (Н);

V_н -расчетная скорость движения на низшей рабочей передаче при номинальной силе тяги, м/с, принимаем равной 4,9 км/ч или 1,36 м/с;

m_э - эксплуатационная масса трактора (кг), принимаем табличную 14 570 кг;

g - ускорение свободного падения (м/с²);

f – коэффициент сопротивления качению движителя трактора, принимаем по таблице для вспаханного поля равным 0,18;

_тр - КПД, учитывающий потери мощности в трансмиссии и

определяемый по формуле

,

где _ц и _к - соответственно КПД цилиндрической и конической пары шестерен. Принимаются равными _ц =0,985 и _к = 0,975;

_х - КПД, учитывающий потери мощности на холостом ходу; принимается _х = 0,96;

n₁ и n₂- степенные показатели числа пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче;

к_з - коэффициент запаса мощности двигателя - 0,85.

=

В аналитическом обзоре я взял существующий двигатель СМД-62 мощностью 121,36 кВт что на 34% больше расчётного предполагаю что выбранный мной двигатель позволит добиться требуемого тягового усилия (64 кН) и на более высоких скоростях.

СХиММ КР.РД.000.000.002

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Расчёт номинальной мощности твигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

1

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

6.

3. Тепловой расчёт дизельного двигателя

3.1 Исходные данные:

мощность P_e=246 кВт

частота вращения n_e = 1900 мин^-1

степень сжатия ε =15,2

число цилиндров i = 8

коэффициент избытка воздуха α =до 2,1

коэффициент наполнения =0,80

топливо дизельное состава: С=86,5%; Н=12,5%; О=1%,

коэффициент выделения теплоты =0,8

давление и температура воздуха р₀=0,1013 МПа, Т₀=288 К,

температура отработавших газов Т_r=800 К

3.2 Процесс впуска:

Учитывая сравнительно невысокую частоту вращения коленчатого вала и выбранную для данного типа дизеля степень сжатия ε =15,2, можно принять температуру подогрева свежего заряда

Давление остаточных газов

Коэффициент остаточных газов

Давление в конце впуска

Температура в конце впуска

Расчётный коэффициент наполнения

Погрешность расчётного и принятого коэффициентов не превышает 4%,

3.3 Процесс сжатия:

Давление в конце сжатия

СХиММ КР.РД.000.000.003

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Тепловой расчёт двигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

6

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

7.

Где n₁–показатель политропы сжатия,

Таким образом

Температура, рабочей смеси в конце процесса сжатия

3.4 Процесс сгорания:

Выделяются продукты сгорания следующего состава:

Общее количество молей продуктов сгорания

Химический коэффициент молекулярного изменения

где

действительный коэффициент молекулярного изменения

Действительное количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива при составит

Средняя молярная теплоёмкость свежего заряда для дизеля

Подставляя значения температуры сжатия, получим

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

8.

Средняя молярная теплоёмкость продуктов сгорания

Подставляя значение коэффициента избытка воздуха α=2,1, получим:

Теплотворная способность топлива определяется с учётом формы камеры сгорания и процесса смесеобразования. Для дизелей данного типа низшую теплотворную способность топлива предпочтительнее определять по формуле

Где S и W – соответственно содержание серы и влаги в топливе,которые при расчётах не учитываются из-за их практически малого значения.

Подставляя численные значения, получим

Используя значения полученных параметров, определяем максимальную температуру газов в конце сгорания:

где 8,314 – универсальная газовая постоянная, кДж/(кг*К). - степень повышения давления, для дизелей с неразделёнными камерами сгорания (прямоструйных) она лежит в пределах 1,85…2,6, а предкамерных – 1,3…1,9. Для данного типа дизеля (прямоструйного) принимаем

Подставляя численные значения величин в уравнение сгорания, получим

После преобразований получаем квадратное уравнение

Решая уравнение относительно Т_z, определим температуру в конце сгорания:

Давление p_z, в конце сгорания

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

3

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

9.

3.5. Процесс расширения

Степень предварительного расширения в дизеле (точки р_z – p_z^/ индикаторной диаграммы) определяют из выражения:

Степень последующего расширения (до точки b^/ индикаторной диаграммы):

Учитывая догорание заряда на линии рабочего хода, принимаем для дизеля показатель политропы расширения .

Тогда давление в конце расширения:

Температура в конце расширения :

_{3.6. Основные параметры, характеризующие работу дизеля}

_{Среднее индикаторное давление нескруглённой диаграммы}

Среднее индикаторное давление скруглённой диаграммы

где - коэффициент полноты диаграммы;

и тогда имеем

Среднее значение работы трения (механических потерь ) для дизелей с предкамерным смесеобразованием

где _{- средняя скорость поршня, предварительно принято}

_{Среднее эффективное давление}

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

4

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

10.

Механический КПД

Индикаторный КПД

Удельный индикаторный расход топлива

Удельный эффективный расход топлива

Эффективный КПД

Термический КПД

_{где показатель адиабаты сжатия к=1,4.}

_Тогда

_{3.7 Определение основных размеров двигателя}

_{Исходя из заданного значения номинальной мощности Ne , частоты вращения коленчатого вала ne, числа цилиндров i, тактности τ , а также среднего эффективного давления pe , находим литраж двигателя Vh:}

_{Диаметр цилиндра для двигателя с i=8 и}

_{Ориентируясь на прототип окончательно принимаем D = 140 мм.}

_{Ход поршня равен диаметру цилиндров, а так как}

_{то Sn = D = 140 мм.}

_{Радиус кривошипа}

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

5

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

11.

_{Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна определяется величиной λд:}

_{Значение λД в современных двигателях находится в пределах 0,23…0,31 , выбрав λД = 0,244, определим длину шатуна L (по межосевому расстоянию)}

_{Средняя скорость поршня}

_{Литровая мощность}

_{Площадь поршня}

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

6

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

12.

4. Построение индикаторной диаграммы

Масштабы диаграммы

Масштаб хода поршня М_S= 1мм в мм.

Масштаб давлений М_Р= 0,05 мПа в мм.

Приведённые величины рабочего объёма цилиндра и объёма камеры сгорания соответственно.

АВ= S/М_S=140/1= 140 мм,

ОА= АВ/(ε-1)= 140/(15,2-1)=9,86 мм

Максимальная высота диаграммы (точка z)

р_z/М_р=8,51/0,05= 170,2 мм

Координаты характерных точек.

р_а/М_р=0,086/0,05=1,72 мм; р_с/М_р=3,7/0,05=74 мм;

р_b/М_р=0,3/0,05=6 мм; р_r/М_р=0,1124/0,05=2,248 мм;

р₀/М_р=0,1013/0,05=2,026 мм;

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом.

а) политропа сжатия

Отсюда

где ОВ=ОА+АВ=140+9,86=149,86 мм

б) политропа расширения

Отсюда

СХиММ КР.РД.000.000.004

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Построение индикаторной диаграммы

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

2

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

13.

СХиММ КР.РД.000.000.004

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

14.

5. Кинематический расчёт двигателя

_{Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна принимаем λ = 0,244,при этих условиях}

Угловая скорость вращения коленчатого вала

Скорость поршня

Ускорение поршня

СХиММ КР.РД.000.000.005

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Кинематический расчёт двигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

2

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

15.

СХиММ КР.РД.000.000.005

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

16.

6. Динамический расчёт двигателя

_{Приведение масс деталей КШМ:}

_{Масса поршневой группы (для поршня из чугуна)}

_{Масса шатуна (для стального кованого шатуна принято )}

_{Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесовшатуна (для литого чугунного вала принято )}

_{Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца}

_{Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа}

_{Массы, совершающие возвратно-поступательное движение}

_{Массы, совершающие вращательное движение}

_{Силы действующие в КШМ}

_{Удельные и полные силы инерции}

_{Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс}

_{Центробежная сила инерции вращающихся масс}

_{Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна}

_{Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа}

_{Удельные суммарные силы}

Удельная сила сосредоточенная на оси поршневого пальца

СХиММ КР.РД.000.000.006

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Динамический расчёт двигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

4

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

17.

Удельная нормальная сила

Удельная сила действующая вдоль шатуна

Удельная сила действующая по радиусу кривошипа

Удельная и полная тангенциальные силы

Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра

Период изменения крутящего момента с интервалами между вспышками

СХиММ КР.РД.000.000.006

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

18.

СХиММ КР.РД.000.000.006

лист

3

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

19.

СХиММ КР.РД.000.000.006

лист

4

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

20.

СХиММ КР.РД.000.000.006

лист

5

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

21.

СХиММ КР.РД.000.000.006

лист

6

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

22.

СХиММ КР.РД.000.000.006

лист

7

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

23.

7. Построение рсчётной скоростной характеристики двигателя

_{Расчётные точки скоростной характеристики}

_{Принимаем}

_{Мощность в расчётных точках, кВт:}

_{Эффективный крутящий момент, Нм}

_{Среднее эффективное давление, МПа}

_{Индикаторный крутящий момент, Нм}

_{Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт*ч)}

_{Часовой расход топлива, кг/ч}

_{Результаты расчётов заносим в таблицу}

Частота вращения коленчатого вала n мин-1	Параметры внешней скоростной характеристики
	Ne, кВт	Ge,	Me, Н*м	GT, кг/ч
1 000	132	245,8	840	21,178
1 700	224	228,4	858	32,276
1 900	146	234,6	850	36,186
2 100	262	239,2	800	39,125

СХиММ КР.РД.000.000.007

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Построение расчётной скоростной характеристики двигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

2

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

24.

СХиММ КР.РД.000.000.007

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

25.

8. Расчёт механизма двигателя

_{Расчёт поршневой группы}

_{Расчётная схема поршневой группы}

_{Расчёт поршня}

Исходные данные

Параметры	Буквенное обозначение	Единица измерения	Численное значение
Диаметр цилиндра	D	мм	140
Ход поршня	S	мм	140
Максимальное давление сгорания	PZд	МПа	8,51
Площадь поршня	FП	см2	15,386
Наибольшая номинальная сила	Nmax	кН	0,015386
Масса поршневой группы	mП	кг	4,616
Частота вращения	nx.x. max	мин-1	1900
Отношение R/L			0,26
Материал поршня	ап	Серый чугун	0,000011
Материал гильзы цилиндра	ац	Серый чугун	0,000011

СХиММ КР.РД.000.000.008

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Расчёт механизма двигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

6

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил