Конструкция и расчёт энергетических установок. Контрольная работа по дисциплине Конструкция и расчёт энергетических установок (на примере автомобиля зил130)
 Скачать 118.9 Kb.
|
|
Контрольная работа по дисциплине «Конструкция и расчёт энергетических установок (на примере автомобиля ЗИЛ-130)» Содержание Введение………………………………………………………………………….....3 1. Особенности конструкции модернизируемого двигателя………………..…...4 1.1 Краткая техническая характеристика двигателя…………………………...…4 1.2 Тип камеры сгорания, смесеобразование………………………………..……5 1.3 Корпусные детали…………………………………………………………..…..6 1.4 Группа поршня……………………………………………………………..…...6 1.5 Группа коленчатого вала…………………………………………………...…..8 1.6 Механизм газораспределения……………………………………………..….10 1.7 Система смазки……………………………………………………………..…12 1.8 Система охлаждения………………………………………………………......19 2. Тепловой расчет……………………………………………………………..….20 2.1 Выбор и обоснование исходных параметров для теплового расчета…..….20 2.2 Процесс впуска……………………………………………………………...…23 2.3 Процесс сжатия……………………………………………………………..…25 2.4 Материальный баланс……………………………………………………...….25 2.5 Процесс сгорания……………………………………………………………...27 2.6 Процесс расширения………………………………………………………......29 2.7 Индикаторные показатели цикла…………………………………………….30 2.8 Эффективные показатели двигателя……………………………………..…..31 2.9 Построение индикаторной диаграммы…………………………………..…..33 Заключение………………………………………………………………………...36 Список использованных источников…………………………………………….37 Введение Тепловой расчет является первым этапом проектирования, на основе которого определяются мощностные и экономические показатели двигателя, а также намечаются пути их дальнейшего улучшения. Тепловой расчет дает исходные данные для кинематического, динамического расчетов, а также расчетов теплонапряженного состояния основных деталей двигателя. Основой теплового расчета является условный цикл, промежуточный между идеальным термодинамическим и действительным, осуществляемым в реальном ДВС. При этом учитываются различные потери в рабочем цилиндре, свойства реального рабочего тела и другие отклонения от идеального термодинамического цикла. Тепловой расчет включает в себя несколько этапов: Обоснование и выбор аналогов, недостающих исходных данных и расчетных режимов; Определение параметров рабочего тела – топливовоздушной смеси и продуктов сгорания в зависимости от их состава, определяемого значениями коэффициента избытка воздуха α; Последовательный расчет основных процессов цикла – наполнения, сжатия, сгорания, расширения, выпуска; Определение индикаторных, эффективных и удельно-массовых показателей двигателя; Построение и анализ внешней скоростной характеристики двигателя; Построение расчетных индикаторных диаграмм цикла в координатах «давление – текущий объем цилиндра» (P-V) и «давление – угол поворота коленчатого вала» (P-φ). При модернизации будут использоваться показатели, заданные на курсовую работу: ЗИЛ-130, n=3300,  =0,91,  =8,3.1. Особенности конструкции модернизируемого двигателя 1.1 Краткая техническая характеристика двигателя Автомобиль ЗИЛ 130 - двухосный грузовой автомобиль-тягач. Предназначен для перевозки различных грузов и людей, буксировки прицепных систем. ЗИЛ-130 Рассчитан на эксплуатацию при температуре окружающего воздуха от +55 до -45 градусов, относительной влажности до 80% и в районах до 3000 м над уровнем моря. Мощный и выносливый двигатель ЗИЛ отлично реализует потенциал этой машины. На шасси ЗИЛ возможна установка фургонов, рефрижераторов, другого спец. оборудования. Таблица
1.2 Тип камеры сгорания, смесеобразование Конструкция камеры сгорания в значительной мере зависит от общей компоновки двигателя. Особое внимание уделяется технологии изготовления камер сгорания, методу обработки их поверхностей и получению одинаковых объемов камер во всех цилиндрах. Различные формы камер сгорания могут быть сведены к принципиальным схемам. В настоящее время наибольшее распространение получили камеры сгорания: плоскоовальная, г и полуклиновидная (82, ж) с небольшим углом наклона (ЗИЛ-130, ЗИЛ-375, ГАЗ-21, ГАЗ-24, МЗМА-407 и АЗЛК-408, ВАЗ-2103). На двигателе АЗЛК-412 применяют полусферическую камеру. Камеры сгорания оценивают по следующим основным показателям: возможности обеспечения высокой степени очистки и наполнения цилиндра, что, в частности, связано с размещением клапанов с развитыми проходными сечениями; отношению поверхности камеры сгорания Рт к ее объему Укс. Увеличение этого отношения влияет на тепловые потери в стенки, а также на потери, связанные с замедленным сгоранием у стенок и в узких зазорах, образуемых в различных зонах камеры. Последнее, а также возможность полного прекращения реакций в пристеночной зоне увеличивает содержание несгоревших углеводородов СХНУ в продуктах сгорания. Существенное влияние на концентрацию несгоревших углеводородов в продуктах сгорания оказывает высота зазора между днищем поршня и головкой в зоне вытеснителя. При большем зазоре вследствие более полного протекания реакции содержание несгоревших углеводородов в продуктах сгорания уменьшается; степени турбулизации заряда в камере сгорания при впуске и сжатии. 1.3 Корпусные детали Блок цилиндров отливается из серого чугуна (у двигателей автомобилей семейства ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ и ВАЗ) или из алюминиевого сплава (у двигателей автомобилей ГАЗ-2410 "Волга", "Москвич" - 2140). Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну общую головку цилиндров, двигатели с V- образным расположением цилиндров - две (двигатели ЗИЛ -130, ГАЗ - 53-11) или четыре на каждые три цилиндра (двигатель ЯМЗ-240). Нижнюю головку, как правило, делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. В тех случаях, когда нижняя головка имеет значительные размеры и превышает диаметр цилиндра (у дизелей ЯМЗ), плоскость разъема головки делают под углом (косой срез), что позволяет уменьшить радиус окружности, описываемой нижней частью шатуна. У двигателя ЗИЛ-130 метка на днище поршня должна быть направлена к передней части двигателя. При этом метка на шатуне для левого ряда цилиндров должна быть направлена в одну сторону с меткой на поршне, а метка на шатуне для правого ряда цилиндров должна быть направлена в противоположную сторону относительно метки на поршне. Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных магниевых чугунов (двигатели ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ и др.). Полноопорные валы двигателей (ЗИЛ-130, КамАЗ-740, ВАЗ-2108) отличаются большой жесткостью, что повышает работоспособность кривошипно-шатунного механизма. 1.4 Группа поршня Поршень. Воспринимает давление газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень представляет собой перевернутый цилиндрический стакан, отлитый из алюминиевого сплава. В верхней части поршня расположена головка с канавками, в которые вставлены поршневые кольца. Ниже головки выполнена юбка, направляющая движение поршня. В юбке поршня имеются приливы-бобышки с отверстиями для поршневого пальца. При работе двигателя поршень, нагреваясь, расширится и, если между ним и зеркалом цилиндра не будет необходимого зазора, заклинится в цилиндре и двигатель прекратит работу. Однако большой зазор между поршнем и зеркалом цилиндра также нежелателен, так как это приводит к прорыву части газов в картер двигателя, падению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя. Чтобы поршень не заклинивался при прогретом двигателе, головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбка, а саму юбку в поперечном сечении изготавливают не цилиндрической формы, а в виде эллипса с большой осью его в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу. На юбке поршня может быть разрез. Благодаря овальной форме и разрезу юбка предотвращается заклинивание поршня при работе прогретого двигателя. Поршневые кольца, применяемые в двигателях, подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и служат для уменьшения прорыва газов из цилиндров в картер, а маслосъемные снимают излишки масла с зеркала цилиндров и не допускают проникновение масла в камеру сгорания. Кольца, изготовленные из чугуна или стали, имеют разрез (замок). При установке поршня в цилиндр поршневое кольцо предварительно сжимают, в результате чего обеспечивается его плотное прилегание к зеркалу цилиндра при разжатии. На кольцах имеются фаски, за счет которых кольцо несколько перекашивается и быстрее притирается к зеркалу цилиндра, и уменьшается насосное действие колец. Количество колец, устанавливаемых на поршнях изучаемых двигателей, неодинаковое. На поршнях двигателей ЗИЛ-130 три компрессионных кольца, два верхних хромированны по поверхности, соприкасающейся с гильзой. Малосъемных колец в изучаемых двигателях по одному. Малосъемное кольцо собрано из четырех отдельных элементов - двух тонких стальных разрезных колец и двух гофрированных стальных расширителей (осевого и радиального). При установке колец на поршень их замки следует размещать в разные стороны. 1.5 Группа коленчатого вала Коленчатый вал воспринимает силу давления газов на поршень и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Силы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передается на колеса автомобиля. Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных чугунов. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, противовесов, заднего конца с отверстием для установки шарикоподшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика, переднего конца, на котором установлен хроповик пусковой рукоятки и шестерня газораспределения, шкива привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора. Шатунные шейки со щеками образуют кривошипы. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, которые изготовляют за одно целое со щеками, имеющими каналы для подвода масла, или прикрепляют к ним болтами. Если с обеих сторон шатунной шейки расположены коренные шейки, то такой коленчатый вал называется полнопорным. В щеках коленчатого вала просверлены наклонные каналы для подвода масла от коренных подшипников к масляным полостям, выполненных в шатунных шейках в виде каналов большого диаметра, закрываемых резьбовыми заглушками. Эти полости являются грязеуловителями, в которых под действием центробежных сил при вращении коленчатого вала собираются продукты изнашивания, содержащиеся в масле. Гнезда в блоке цилиндров под коренные подшипники и их крышки растачивают совместно, поэтому при сборке двигателя их необходимо устанавливать по меткам только на свои места. Тонкостенные вкладыши коренных подшипников покрыты таким же антифрикционным сплавом, что и вкладыши шатунных подшипников, и отличаются от последних только размерами. Широкое использование триметаллических сталеалюминевых и сталесвинцовых вкладышей связано с тем, что слой антифрикционного покрытия обладает хорошими противоударными свойствами и повышенной прочностью. От продольного смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами, входящие в соответствующие пазы в гнездах блока и их крышках. Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой и стальными упорными кольцами, залитыми с внутренней стороны антифрикционным сплавом СОС-6-6, содержащим свинец, олово и сурьму. Осевые нагрузки коленчатого вала дизелей воспринимаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюминия, установленных в выточках задней коренной опоры. На двигателе ЗИЛ-130 передний конец коленчатого вала уплотнен резиново-каркасным сальником, расположенным в крышке распределительных шестерен, а между шестерней и шкивом коленчатого вала установлен маслоотражатель, отгоняющий масло внутрь картера. Уплотнение заднего конца коленчатого вала обеспечивается графито-асбестовым сальником, размещенным в кольцевой канавке гнезда подшипника и его крышке, в плоскости разъема которой дополнительно устанавливаются резиновые прокладки, а по бокам - деревянные уплотнители. Кроме того, на задней шейке коленчатого вала находятся спиральная маслоотгонная канавка и маслосбрасывающий гребень, от которых масло отбрасывается через сливные (дренажные) отверстия в поддон картера. 1.6 Механизм газораспределения Газораспределительный механизм управляет своевременным впуском в цилиндр рабочей смеси и выпуском из цилиндра отработавших газов. У автотракторных четырехтактных двигателей применяются клапанные газораспределительные механизмы с нижним, верхним и смешанным расположением клапанов. Верхние клапаны получили преимущественное распространение, так как имеют более совершенную камеру сгорания и получают от двигателя большую мощность при высокой экономичности. Механизм газораспределения состоит из клапанов с пружинами и направляющими втулками, толкателей и распределительного вала. Клапаны подвержены действию высоких температур (выпускной— до. 800—900°С) и динамических нагрузок. Поэтому они должны: сохранять механические свойства при высоких температурах; обеспечивать хорошее уплотнение гнезда; противостоять коррозии и появлению окалины; интенсивно отводить тепло во избежание перегрева. Клапан состоит из головки с тщательно обработанной фаской и стержня. Число клапанов на каждый цилиндр бывает равным двум (впускной и выпускной), трем (впускной и два выпускных) и четырем (по два впускных и выпускных). Впускные клапаны имеют больший диаметр. Место посадки клапана называется седлом. Оно устраивается в теле блока или головки цилиндра или делается вставным. Вставные седла более распространены и изготовляются из хромо-молибденового чугуна и запрессовываются в гнезда упомянутых деталей. Толкатели передают движение от распределительного вала к клапанам и разгружают последние от боковых усилий, возникающих от вращения кулачков. Распределительный вал снабжен кулачками, число и характер расположения которых определяются числом цилиндров и порядком работы двигателя, а также тем, сколько клапанов имеет каждый цилиндр. Важное значение для работы двигателя и надежности газораспределения имеет удачный выбор профиля кулачка. Последний должен обеспечивать максимальную пропускную способность клапана и безударную работу механизма. Пропускная способность клапана оценивается фактором время — сечение, представляющим произведение площади проходного сечения клапана на время, в течение которого он открыт. Распределительный вал, в зависимости от числа цилиндров, опирается на два, три или пять опорных подшипников скольжения, для чего имеет соответствующее число шеек. Рабочие поверхности шеек и кулачков цементируются. Привод распределительного вала чаще бывает шестеренчатым с передаточным отношением 1 : 2 для четырехтактных двигателей и 1 : 1 для двухтактных. Фазы газораспределения —это моменты начала открытия и закрытия клапанов, фиксируемые углами поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения указываются в таблицах характе-. ристик двигателей, но более наглядно они изображаются на диаграммах газораспределения (рис. 4). Впускной клапан у быстроходных двигателей открывается до прихода поршня в положение ВМТ, что к началу впуска обеспечивает открытие отверстия на значительную величину. Для двигателя ЗИЛ-130, например, открытие происходит за 21° до ВМТ. Закрытие впускного клапана начинается после того, как поршень пройдет НМТ. Для ЗИЛ-130 это происходит с запаздыванием на 75° после НМТ. Инерция газового потока используется для лучшего наполнения цилиндра. Выпускной клапан открывается всегда до прихода поршня в НМТ, т. е. до окончания такта расширения, чтобы ослабилось противодавление газов при последующем движении поршня вверх. Для ЗИЛ-130 утл опережения открытия составляет 57° до НМТ. Закрытие выпускного клапана происходит после прихода поршня в ВМТ (у ЗИЛ-130 на 39°) для обеспечения лучшей очистки цилиндра от газов. Перекрытием клапанов называется время, в течение которого одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. |