Модернизация системы питания автомобиля МАЗ-543240 с двигателем ЯМЗ-236БЕ для работы на компримированном природном газе

Модернизация системы питания автомобиля МАЗ-543240 с двигателем ЯМЗ-236БЕ для работы на компримированном природном газе

Введение

Двигатели автомобилей и тракторов, представляющие основу мобильного обеспечения производства России и стран СНГ, являются одним из источников загрязнения окружающей среды и потребителями моторных нефтяных топлив. Так автотранспорт в странах СНГ потребляет в год около 60 млн. тонн топлива.

Необходимо иметь в виду, что все тракторные и комбайновые двигателя, а также большинство двигателей, используемых на грузовых автомобилях - дизели. В связи с тем, что дизели, кроме определённого экологического преимущества (меньшая эквивалентная токсичность по сравнению с бензиновыми двигателями), имеют высокую топливную экономичность (на 20…25%), этот тип ДВС необходимо рассматривать как наиболее перспективный практически во всех отраслях хозяйства.

Россия имеет большие запасы нефти и газа, из которых производится углеводородное топливо (бензин, пропан-бутановые смеси и прочие). По обоснованным прогнозам в ближайшее десятилетие уровень добычи нефти не увеличится. К тому же запасы нефти невосполнимы, а значит ими нужно пользоваться бережно: нефть - это смазочные масла, синтетические материалы, ароматические соединения и др. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателя в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе эксплуатации.

Не менее важное направление автомобильной промышленности - это освоение альтернативных видов топлива. А с уменьшением запаса природных ресурсов, а именно нефти, эта задача выходит на первый план. Анализ передовых направлений научных исследований, проведённых за рубежом и в странах СНГ, посвящённых данной проблеме, позволяет сделать вывод, что для практической реализации в двигателях транспортных средств, и в первую очередь в дизелях, возможно использование таких видов топлив, как природный газ и метиловый спирт (метанол), которые имеют не нефтяное происхождение и могут существенно улучшить эксплуатационные показатели дизелей и при этом расширить ресурсы моторного топлива.

К двигателям внутреннего сгорания, в частности к дизельным, в настоящее время, в мировом сообществе предъявляются жёсткие требования по снижению токсичности. Существуют жёсткие нормированные требования токсичности продуктов сгорания, которые с каждым годом ужесточаются. Российские производители автомобильных двигателей также ведут работы по снижению токсичности, что связано со стремлением конкурентоспособности на мировом рынке.

В последние годы количество автомобилей и автобусов, автопогрузчиков, тракторов, использующих в качестве топлива компримированный природный газ (КПГ) и сжиженный газ, резко увеличивалось. Перевод на КПГ коснулся автомобилей с дизелями. Такой перевод обеспечивает владельцу экономию за счет меньшей стоимости газа, а двигатели легко поддаются модернизации при переводе на газ. Кроме этого автомобиль, работающий на газе менее токсичен, чем обычный. На сегодняшний день в отдельных странах количество автомобилей, работающих на газе, достигает нескольких сотен тысяч, и число их постоянно увеличивается.

Россия имеет огромный потенциал запасов природного газа, состоящего в основном из метана. По прогнозам уровень добычи газа к 2010 году увеличится в 1,5 раза. Огромным преимуществом природного газа по сравнению с нефтепродуктами является его более низкая стоимость и экологическая безопасность продуктов сгорания. В качестве топлива, а так же при хранении и транспортировке он может применяться как в жидком, так и в газообразном состоянии.

1. Исследование состояния вопроса

.1 Перспективы применения газообразного топлива на автомобильном транспорте

Ученые многих стран мира пришли к выводу о том, что эпоха нефти заканчивается. Наступает эпоха метана. Доля природного газа в общемировом балансе потребления энергоносителей неуклонно возрастает.

Среди основных факторов, позволяющих говорить о природном газе в целом как о топливе XXI века, следует назвать следующие:

• доказанные мировые запасы природного газа существенно превышают запасы нефти;

• необходимость замещения нефти другими видами сырья для ее высвобождения в интересах тех отраслей хозяйства, где она не может быть заменена;

• более высокая степень экологической безопасности при добыче, транспортировке, переработке, реализации и использовании; более высокие потребительские качества при применении в качестве энергоносителя или сырья;

• более высокая ценовая стабильность и экономическая привлекательность для конечных потребителей.

Сегодня в России природный газ является основой топливно-энергетического баланса. На его долю приходится более 55% потребления энергоресурсов. Следует отметить, что такой перекос в сторону природного газа не совсем правилен. Многие ученые отмечают необходимость сокращения доли газа в энергопотреблении и увеличения доли угля.

С точки зрения запасов и объемов добычи природного газа Россия продолжает оставаться крупнейшей мировой державой. Каждый четвертый кубометр газа на мировом рынке добывается в России. Следует также отметить, что газовая промышленность проходит через кризисный переходный период с меньшими потерями, чем остальные отрасли топливно-энергетического комплекса.

Вместе с сокращением добычи нефти в России отмечается пропорциональное сокращение производства моторных топлив в нефтеперерабатывающей отрасли. При этом значительно снижено производство не только мазута, дизельного топлива и бензина, но и сжиженного нефтяного газа.

Приведенные данные также позволяют сделать вывод о предпочтительности использования природного газа в качестве моторного топлива.

Одним из главных вопросов при переводе автомобильного транспорта на газовое топливо является вопрос экономической целесообразности переоборудования. В целом газ для автотранспорта дешевле традиционных видов нефтяного моторного топлива. И если в некоторых регионах России разница в цене бензина и сжиженного нефтяного газа иногда не очень существенная, то природный газ всегда как минимум в два раза дешевле бензина и значительно дешевле дизельного топлива.

Говорить о получении прибыли от перевода транспорта на газ не совсем корректно. Речь, скорее, может идти о сокращении эксплуатационных затрат и себестоимости транспортной работы. Величина ежегодно высвобождаемых средств за счет перехода на более дешевое топливо сопоставима с затратами на переоборудование транспортного средства.

Технико-экономические показатели строительства и эксплуатации АГЗС (автомобильных газозаправочных станций) и АГНКС (автомобильных газонаполнительных компрессорных станций) при существующих ценах на оборудование, материалы и энергоносители имеют вполне удовлетворительные значения.

Для сокращения затрат на строительство станции можно использовать схему заправки машин газом с помощью передвижных средств.

За рубежом наиболее перспективной концепцией заправочных комплексов считается строительство многотопливных заправочных станций с полным набором услуг. На таких станциях организованы заправка автомобилей всеми видами моторного топлива, включая природный газ, а также автосервис, мойка машин, торговля сопутствующими товарами и продуктами питания. В США и Канаде такие комплексы стоимостью около 5 миллионов долларов окупаются (с учетом выплаты процентов по кредиту) примерно за пять лет.

Действующая в России сеть АГНКС большой производительности уже сегодня способна отпускать автотранспорту более 2 млрд. м³ природного газа в год и обеспечивать заправку до 350 тысяч машин. Разработан ряд АГНКС средней и малой производительности. Строительство таких станций уже ведется в Москве, Касимове (Рязанская область). В Тюмени, Московской области, Башкирии строятся многотопливные станции с возможностью реализации природного газа.

Отработана концепция заправки автомобилей газом непосредственно на территории автопредприятия с помощью стационарных и передвижных средств. Такой подход сегодня представляется наиболее перспективным, особенно когда один подрядчик выполняет весь комплекс работ по газификации подвижного состава автопредприятия.

По данным Министерства промышленности, науки и технологий России, спрос на автомобильную технику в России будет по-прежнему увеличиваться, и составит в 2007 г. по автобусам 57-60 тысяч, по грузовым автомобилям 230-240 тысяч, по легковым автомобилям 1300-1500 тысяч штук. К 2010 г. эти цифры могут составить 65-67, 300-320, 1800-1900 тысяч штук соответственно.

При этом спрос на автобусы и грузовые автомобили во многом будет определяться необходимостью замены физически и морально устаревшей автомобильной техники, доля которой в настоящее время продолжает увеличиваться.

Потенциал удовлетворения такого спроса у российских предприятий есть. Выпуск с конвейера автозаводов хотя бы 10% автобусов, 5% грузовиков и 1% легковых автомобилей (от указанных цифр) в газобаллонном исполнении позволил бы к 2007 году удвоить имеющийся парк ГБА и впоследствии дополнительно высвобождать как минимум по 650 тысяч тонн нефтяных топлив. По прогнозам Министерства энергетики России, в 2000-2020 годах внутреннее потребление моторного топлива должно вырасти с 61 до 99 млн. тонн в год. Энергетическая стратегия России предусматривает, что к 2010 году газовыми видами топлива должно быть заменено до 5 млн. тонн, а к 2020 году до 10-12 млн. тонн нефтепродуктов.

С точки зрения экологии газовые виды топлива успешно конкурируют с традиционными видами даже в случае установки на базовых автомобилях систем нейтрализации отработавших газов. Кроме того, газовое топливо практически не содержит веществ, являющихся каталитическими ядами для нейтрализаторов (сера, свинец и пр.).

Вредность выбросов, приведенная к эквивалентному количеству СО, при переводе транспортных средств на газ снижается:

для грузовых автомобилей с карбюраторным двигателем на - 69%, с дизельным - двигателем при переводе в газодизельный режим на - 53%;

для автобусов с карбюраторным двигателем на 76%,

с дизельным двигателем при переводе в газодизельный режим на 44%.

В связи с изложенным можно сделать следующий вывод. Единственным быстрым, эффективным и относительно дешевым способом сокращения объемов выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания автотранспортных средств является массовый переход на использование в качестве моторного топлива природного газа.

Кроме того, использование газа в качестве моторного топлива является одним из немногих экологических мероприятий, затраты на которое окупаются прямым экономическим эффектом в виде сокращения расходов на горюче-смазочные материалы. Подавляющее большинство других экологических мероприятий является исключительно затратными.

1.2 Особенности применения компримированного газа в дизелях

компримированный газ двигатель дизель

Как известно, автомобильные и тракторные двигатели внутреннего сгорания загрязняют атмосферу вредными веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами (ОГ). Необходимо отметить, что в настоящее время основным источником загрязнения воздуха являются бензиновые двигатели. Тем не менее снижение токсичности дизелей также является актуальной задачей. Состав ОГ этих двух типов существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания (оксид углерода СО, углеводороды C_nH_m, сажа).

Основные преимущества использования КПГ перед дизельным топливом заключаются в следующем:

КПГ не содержит вредных примесей (свинец, сера), которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания;

стабильность агрегатного состояния. Газ поступает в двигатель в газообразной фазе, не смывает масляную плёнку со стенок цилиндров и не разжижает масло в картере;

газ легко смешивается с воздухом и равномерно наполняет цилиндры однородной гомогенной смесью;

КПГ почти втрое дешевле дизельного топлива. Не смотря на то, что расход газа несколько выше традиционного топлива (в городских условиях примерно на 15%, за городом на 10%), экономия всё же значительна. Особенно это ощутимо при больших пробегах автомобиля. Расходы на горюче-смазочные материалы в целом могут снижаться на 40%;

содержание вредных веществ в отработавших газах снижается на 53%;

штатная система подвергается минимальным переделкам абсолютно не теряя прежней мощности;

использование КПГ обеспечивает увеличение срока службы двигателя на 30…40% и в последствии снижает ремонтные затраты;

Агрегатное состояние газа зависит от физико-химических свойств его компонентов, температуры и давления в баллоне. Основные физико - химические свойства компонентов газовых углеводородных топлив, влияющих на конструкцию и эксплуатацию газобаллонных автомобилей представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. - Физико-химические свойства компонентов газовых топлив и дизельного топлива, влияющих на конструкцию и эксплуатацию газобаллонного автомобиля

Параметр	Компоненты				ДТ
	Метан	Этан	Пропан	Бутан
Химическая формула	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С14Н30
Молекулярная масса, кг/моль	16	30	44	58	198
Октановое число	110	108	105	94	-
Цетановое число	8…10	н.д.	15…16	20…25	47
Плотность топлива: газовой фазы, кг/м³ жидкой фазы, кг/м³	0,675 -	1,356 н.д.	1,96 509	2,59 582	- 828
Стехиометрический коэффициент, L0: массовый, кг/кг объёмный, м³/ м³	17,2 9,8	16,8 н.д.	15,7 24,4	15,4 32,2	14,4 58,6
Температура кипения, К	111,4	н.д.	230,9	272,4	553
Теплота сгорания: массовая, МДж/кг объёмная, МДж/м³	48,7 33,7	47,1 59,9	45,7 85,5	45,4 111,5	42,5 36,55
Температура воспламенения, 0С	580…680	508…605	510…580	480…540	240

Из таблицы 1.1 следует, что все компоненты газообразных топлив при атмосферном давлении имеют температуру кипения ниже 0 ⁰С. Однако, если в ёмкости с газом повысить давление, то температура газа существенно увеличится. Эти давления и температуры имеют пределы, называемыми критическими. Очень низкие температуры кипения при атмосферном давлении (-161,5 ⁰С) и критическая температура (-82 ⁰С) метана делают технически сложным заправку и хранение метана в сжиженом состоянии, для чего используются изотермические баллоны с комплексной термоизоляцией. По этому в настоящее время большое распространение получил способ заправки и хранения метана на автомобилях в компримированном состоянии под высоким давлением.

Если перевод автомобилей с бензиновыми двигателями на газовое топливо уже приобрел массовый характер (грузовики ЗИЛ, ГАЗ, большинство ГАЗелей и т.д.) и этим никого не удивить, то к автомобильному газодизелю проявляется повышенная настороженность.

Существует два способа перевода дизелей на газообразное топливо:

конвертирование дизеля в двигатель с искровым зажиганием;

переход на газодизельный процесс.

Первый способ связан со значительными изменениями конструкции дизеля. При этом двигатель становится однотопливным (только газовым) и на дизельном топливе работать не может. Газодизели относятся к двигателям, работающим одновременно на газовом и жидком топливе. Газодизельная модификация - это тот же дизель, дополненный газовой топливной системой и несколькими согласующими агрегатами. При этом в цилиндры двигателя поступает газовоздушная смесь, которая в конце такта сжатия поджигается небольшой запальной дозой дизельного топлива, впрыскиваемой через форсунки основной системы топливоподачи дизеля. По существу - это принудительная система воспламенения, как и в двигателях с искровым зажиганием. Однако, в газодизеле мощность источника воспламенения значительно больше электрической искры и рабочая смесь поджигается во многих очагах одновременно. Благодаря этому, значительно расширяются границы возможного обеднения рабочей газовоздушной смеси.

Такое решение не требует конструктивных или технологических изменений базовой модели дизеля, сохраняет возможность быстрого переключения с газодизельного на обычный дизельный цикл. Поэтому, газодизель можно использовать гибко - при значительной отдаленности АГНКС.

Основными преимуществами газодизелей являются:

охранение энергетических параметров на уровне базового двигателя;

возможность увеличения максимума крутящего момента и смещение его в зону более низких частот вращения коленчатого вала;

снижение в 20-25 раза дымности отработавших газов;

экономия до 80% дизельного топлива за счет замещения его газом;

более низкий уровень шума;

относительная простота переоборудования дизеля в газодизель;

возможность переоборудования автомобилей, находящихся в эксплуатации;

увеличение срока службы моторного масла и уменьшение износа цилиндропоршневой группы.

Сравнительные показатели дымности ОГ дизельного и конвертированного газового двигателей, полученные в режиме свободного ускорения и максимальной частоты KB двигателя, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Показатели дымности и токсичности отработавших газов

Показатель	Предельные нормы по ГОСТ 21393 - 85	Режим работы
		дизельный	газовый
Режим свободного ускорения	40	35	5
Режим максимальной частоты вращения к.в.	15	14	0

Из таблицы 1.2 видно, что дымность отработавших газах в режиме свободного ускорения на конвертированном газовом двигателе в семь раз ниже, чем при работе на дизельном топливе, а на режиме максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя равна нулю, что свидетельствует об отсутствии сажи в продуктах сгорания.

Большое значение с точки зрения климатических изменений (глобальное потепление) имеет наличие и объемы в продуктах сгорания так называемых «парниковых газов» и в первую очередь двуокиси углерода. Чем выше отношение Н/С в топливе, тем меньше образуется в продуктах сгорания CO₂. С этой точки зрения природный газ предпочтительнее других видов топлива.

1.3 Цель и задачи дипломного проекта

Целью дипломного проекта является модернизация системы питания автомобиля МАЗ-543240 для работы на компримированном природном газе и улучшение эффективных показателей работы двигателя.

В процессе выполнения дипломного проекта необходимо решить следующие задачи:

изучить состояние вопроса;

проанализировать конструкции газобаллонного оборудования автомобилей;

предложить вариант конструкторской разработки;

рассчитать технологическую карту на изготовление детали;

рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности и охраны окружающей среды;

оценить экономическую эффективность проекта.

2. Расчётно-теоретическая часть

.1 Тепловой расчет двигателя. Дизельный и газодизельный процессы

Исходные данные

дизельный двигатель, модель - ЯМЗ - 236 БЕ восьмицилиндровый, 6-цилиндровый, четырехтактный дизель, жидкостного охлаждения;

частота вращения коленчатого вала n = 2000 мин^-1;

степень сжатия ε = 16,5;

- эффективная мощность N_e = 184 кВт;

коэффициент избытка воздуха α = 1,8;

вид топлива для дизельного процесса - дизельное топливо «Л» ГОСТ 305-82, средний элементарный состав топлива: С = 85,7%, Н = 13,3%, О = 1%; низшая расчетная теплота сгорания топлива Q_н = 42500 ^кДж/_кг;

вид топлива для газодизельного процесса - смесь 20% дизельнготоплива «Л» ГОСТ 305-82 и 80% компримированного природного газа ГОСТ 27577-2000, средний элементарный состав топлива: С = 75%, Н = 25%, О = 0,1%. Низшая расчетная теплота сгорания топлива Q_н = 47700 ^кДж/_кг.

Параметры рабочего тела

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

кг или , кмоль. (2.1)

Дизельный процесс:

кг,

кмоль.

Газодизельный процесс:

кг;

кмоль.

Определяем количество свежего заряда:

 (2.2)

Дизельный процесс:  кмоль.

Газодизельный процесс: кмоль.

Определяем общее количество продуктов сгорания:

 (2.3)

Дизельный процесс: кмоль;

Газодизельный процесс: кмоль.

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем атмосферные условия: МПа, К.

Принимаем давление надувочного воздуха:

МПа

Принимаем показатель политропы сжатия в компрессоре

Определяем температуру воздуха за компрессором:

, К, (2.4)

К.

Определяем давление и температуру остаточных газов:

, МПа, (2.5)

 МПа.

Принимаем температуру остаточных газов для дизельного и для газодизельного процесса К.

Процесс впуска

Температуру подогрева свежего заряда в дизеле с наддувом принимаем  = 40°С.

Определяем плотность заряда на впуске:

 ^кг/_м³, (2.6)

где R_в = 287 ^Дж/_{кг×град} - удельная газовая постоянная для воздуха.

 ^кг/_м³.

В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент , а скорость движения заряда ^м/_с.

Определяем потери давления на впуске в двигатель:

МПа, (2.7)

МПа.

Определяем давление в конце впуска:

МПа, (2.8)

МПа.

Определяем коэффициент остаточных газов:

, (2.9)

.

Определяем температуру в конце впуска:

К, (2.10)

К.

Определяем коэффициент наполнения:

, (2.11)

.

Процесс сжатия

Средние показатели адиабаты и политропы сжатия. При работе дизеля на номинальном режиме можно с достаточной степенью точности принять показатель политропы сжатия n₁ приблизительно равным показателю адиабаты k_1, который определяется по номограмме [2] в пределах n₁ = (k₁ +0,02)… (k₁ -0,02).

Для дизеля с наддувом при =16,5 и =384 К показатель адиабаты k₁ =1,362. Принимаем n₁ =1,375.

Определяем давление в конце сжатия:

МПа, (2.12)

МПа.

Определяем температуру в конце сжатия:

К, (2.13)

К.

Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда воздуха в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):

 ^кДж/_{кмоль×град}, (2.14)

 ^кДж/_{кмоль×град}.

Определяем число молей остаточных газов:

, кмоль, (2.15)

Дизельный процесс:

кмоль;

Газодизельный процесс:

кмоль.

Определяем число молей газов в конце сжатия:

, кмоль, (2.16)

Дизельный процесс:

кмоль;

Газодизельный процесс:

кмоль.

Процесс сгорания

Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в дизельном двигателе при постоянном давлении, при a³1:

Дизельный процесс:

, ^кДж/_{кмоль×град}, (2.17)

Подставляя значение коэффициента избытка воздуха  =1,5 в выражение (2.17), получим:

=29,03+0,0023 ^кДж/_{кмоль×град.}    (2.18)

Определяем число молей газов после сгорания:

, кмоль, (2.19)

Дизельный процесс:

 кмоль;

Газодизельный процесс:

 кмоль.

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

, (2.20)

Дизельный процесс:

;

Газодизельный процесс:

.

Коэффициент использования теплоты для современных дизелей с неразделёнными камерами сгорания и наддувом, в связи с повышением теплонапряжённости двигателя и созданием более благоприятных условий для протекания процесса сгорания принимаем в дизельном процессеξ = 0,9, в газодизельном процессе ξ = 0,9.

Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке  индикаторной диаграммы при сгорании 1 кг топлива определится по выражению:

, ^кДж/_кг, (2.21)

Дизельный процесс:

^кДж/_кг;

Газодизельный процесс:

^кДж/_кг.

Степень повышения давления в дизеле, в основном зависит от величины цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали кривошипно - шатунного мемханизма целесообразно иметь максимальное давление сгорания не выше 11…12 МПа. В связи с этим целесообразно принять в дизельном процессе λ = 1,5, в газодизельном прлоцессе λ = 1,7.

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания:

 . (2.22)

Подставляем имеющиеся значения величин, решаем полученное квадратное уравнение относительно T_z и находим его значение, К;

Дизельный процесс:

,

К.

Газодизельный процесс:

,

К.

Определяем давление в конце процесса сгорания:

, МПа. (2.23)

Дизельный процесс:

МПа;

Газодизельный процесс:

МПа.

Определяем степень предварительного расширения:

 (2.24)

Дизельный процесс:

;

Газодизельный процесс:

.

Процесс расширения

Определяем степень последующего расширения:

, (2.25)

Дизельный процесс:

;

Газодизельный процесс:

.

Показатель политропы расширения n₂ для дизеля определяем по номограмме [2]. На номинальном режиме можно принять показатель политропы расширения, с учётом достаточно больших размеров цилиндра, несколько меньше показателя адиабаты расширения.

Определение показателя политропы расширения производим следующим образом.

По имеющимся значениям и определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения вертикалью, опущенной из точки , получая какое-то значение k₂. Далее двигаемся по этой кривой k₂ до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения . Ордината точки пересечения даёт искомое значение для дизельного процесса n₂ = k₂ = 1,265, для газодизельного n₂ = k₂ = 1,25.

Определяем давление процесса расширения:

, МПа, (2.26)

Дизельный процесс:

МПа;

Газодизельный процесс:

МПа;

Определяем температуру процесса расширения:

, К, (2.27)

Дизельный процесс:

К;

Газодизельный процесс:

К.

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5%):

, К. (2.28)

. (2.29)

где -принятая ранее температура остаточных газов.

Дизельный процесс:

К.

.

Газодизельный процесс:

К.

.

Индикаторные параметры рабочего цикла дизельного двигателя

Определяем среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы:

, МПа. (2.30)

Дизельный процесс:

МПа.

Газодизельный процесс:

1,202МПа.

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ν = 0,97 и

ν = 0,95 соответственно дизельный и газодизельный процессам.

Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:

, МПа. (2.31)

Дизельный процесс:

МПа.

Газодизельный процесс:

МПа.

Определяем индикаторный КПД:

. (2.32)

Дизельный процесс:

.

Газодизельный процесс:

.

Определяем индикаторный удельный расход топлива:

 ^г/_кВт×ч. (2.33)

Дизельный процесс:

^г/_кВт×ч.

Газодизельный процесс:

^г/_кВт×ч.

Эффективные показатели дизеля

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня для автомобильного дизеля W_п.ср = 8 ^м/_с.

Определяем среднее давление механических потерь, МПа:

, МПа. (2.34)

Учитывая, что для дизелей с неразделёнными камерами сгорания , .

МПа;

, МПа. (2.35)

Дизельный процесс:

МПа.

Газодизельный процесс:

МПа.

Определяем механический КПД:

. (2.36)

Дизельный процесс:

.

Газодизельный процесс:

.

Определяем эффективный КПД:

. (2.37)

Дизельный процесс:

.

Газодизельный процесс:

.

Определяем эффективный удельный расход топлива:

^,г/_кВт×ч. (2.38)

Дизельный процесс:

 ^г/_кВт×ч.

Газодизельный процесс:

 ^г/_кВт×ч.

Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра:

, л. (2.39)

Дизельный процесс:

л;

Выбираем значение  - для дизельного двигателя.

Определяем диаметр цилиндра по формуле (2.40), а затем округляем полученное значение до чётного числа, нуля или пяти:

, мм. (2.40)

Дизельный процесс:

мм.

Принимаем диаметр цилиндра D = 130 мм.

Определяем ход поршня:

S = D × r, мм. (2.41)

S = 130 × 1,1 = 143 мм.

Принимаем ход поршня S = 140 мм.

Определяем площадь поршня:

, см²^. (2.42)

см².

Определяем рабочий объем цилиндра:

, л. (2.43)

л.

Определяем среднюю скорость поршня

^,м/_с. (2.44)

^м/_с.

Определяем значение расчетной эффективной мощности:

, кВт. (2.45)

где  - количество цилиндров двигателя,

Дизельный процесс:

кВт;

;

Газодизельный процесс:

кВт;

.

При проведении теплового расчёта аналитическим путём определили основные энергетические (,), экономические (,) и конструктивные (D, S, V_л) параметры проектируемого двигателя.

.2 Построение индикаторных диаграмм

Построение свернутой индикаторной диаграммы ДВС производится по данным теплового расчета. Диаграмму следует строить в прямоугольных координатах p - S, где p-давление в цилиндре, а S - ход поршня.

Для построения были взяты следующие масштабы:

Масштаб давления:

^МПа/_мм чертежа;

Масштаб перемещения поршня:

^мм∙S/_мм чертежа.

От начала координат в масштабе  по оси абсцисс откладывают значение приведенной высоты камеры сжатия  и хода поршня. При этом:

, мм, (2.46)

мм.

Абсцисса точки  на индикаторной диаграмме дизеля определится по уравнению:

, мм, (2.47)

Дизельный процесс:

мм.

Газодизельный процесс:

мм.

По оси ординат в масштабе  откладываются величины давления в характерных точках a, c, z’, z, b, r диаграммы, а также значения атмосферного давления и давления наддува .

Дизельный процесс:

=0,100 МПа;

=0,175 МПа;

=0,1573 МПа;

=7,430 МПа;

=11,14 МПа;

=0,1575 МПа;

=0,467 МПа;

Газодизельный процесс:

=0,100 МПа;

=0,175 МПа;

=0,1574 МПа;

=7,430 МПа;

=12,640 МПа;

=0,140 МПа;

=0,475 МПа;

Построение политроп сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам. Значения давления в промежуточных точках политропы сжатия подсчитываются по выражению

, МПа, (2.48)

а для политропы расширения по выражению

, МПа. (2.49)

Таблица 2.1 - Величины давлений в промежуточных точках политропы сжатия и политропы расширения в дизельном и газодизельном процессах

№ точки	Sx, мм	Дизельный процесс				Газодизельный процесс
		Политропа сжатия		Политропа расширения		Политропа сжатия		Политропа расширения
		px/μp, мм	рх, МПа	px/μp, мм	рх, МПа	px/μp, мм	рх, МПа	px/μp, мм	рх, МПа
1	20	16,1	1,61	44,5	4,45	16,1	1,61	45,7	4,57
2	30	9,3	0,93	26,5	2,65	9,3	0,93	27,2	2,72
3	40	6,3	0,63	18,3	1,83	6,3	0,63	18,9	1,89
4	50	4,6	0,46	13,8	1,38	4,6	0,46	14,2	1,42
5	60	3,6	0,36	10,9	1,09	3,6	0,36	11,2	1,12
6	70	2,9	0,29	8,9	0,89	2,9	0,29	9,2	0,92
7	80	2,4	0,24	7,5	0,75	2,4	0,24	7,8	0,78
8	90	2,1	0,21	6,5	0,65	2,1	0,21	6,7	0,67
9	100	1,8	0,18	5,7	0,57	1,8	0,18	5,8	0,58

Для скругления индикаторной диаграммы необходимо воспользоваться диаграммой фаз газораспределения. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна . Это значение взято из технической документации двигателя.

Перестроение индикаторной диаграммы в развёрнутую по углу поворота коленчатого вала обычно осуществляют по методу профессора Ф.А. Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом =S/2. Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы 20^◦, и точки соединяют радиусами с центром. Далее из центра полуокружности (точка О) в сторону н.м.т. откладывают поправку Брикса, орпеделяемую по выражению:

мм.

Полуокружность делят лучами из центра О на несколько частей, а из центра Брикса (точка О^’) проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности соответствуют определённым углам . Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующих углов . Развёртку индикаторной диаграммы обычно начинают от в.м.т. в процессе хода впуска. При этом следует учесть, что на свёрнутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развёрнутой от атмосферного давления, тем самым показывая избыточное давление над поршнем. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферных, на развёрнутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от колнечатого вала - отрицательными.

2.3 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма

Расчёт кинематики КШМ сводится к определению пути, скорости и ускорения поршня. При этом принимается, что коленчатый вал вращается с постоянной угловой скоростью (в действительности за счёт постоянно изменяющихся газовых нагрузок на поршень и деформации коленчатого вала ). Это допущение позволяет рассматривать все кинематические величины в виде функциональной зависимости от угла поворота коленчатого вала , который при  пропорционален времени.

Перемещение поршня

Перемещение поршня рассматривается как сумма двух гармонических перемещений первого  и = второго порядков.

, мм; (2.50)

Результаты вычислений перемещения поршня сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Перемещение поршня в зависимости от угла  п.к.в.

,

град.,

мм=,

мм,

мм
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360	0 8 33 65 97 121 130 121 98 65 33 9 0	0 2 7 9 7 2 0 2 7 9 7 2 0	0 11 40 74 105 124 130 124 105 74 40 11 0

При повороте от в.м.т. до н.м.т. движение поршня происходит под влиянием перемещения шатуна вдоль оси цилиндра и отклонения его от этой оси. Вследствие совпадения направлений перемещений щатуна при движении кривошипа по первой четверти окружности (0-90⁰) поршень проходит больше половины своего пути. Это следует из уравнения (2.50). При движении кривошипа во второй четверти окружности (90-180⁰) направления перемещений шатуна не совпадают и поршень проходит меньший путь, чем за первую четверть.

Скорость поршня

При перемещении поршня, скорость его движения является величиной переменной и при постоянной частоте коленчатого вала зависит только от изменения угла поворота кривошипа и отношения = R/L_ш и определяется по формуле:

, ^м/_с, (2.51)

Кривая скорости поршня строится сложением гармоник скорости первого  и второго  порядков.

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. - Скорость поршня в зависимости от угла  п.к.в.

,

град.,

^м/_с,

^м/_с,

м/с
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360	0,0 7,49 12,97 14,97 12,97 7,49 0,0 7,49 12,97 14,97 12,97 7,49 0,0	0,0 1,88 1,88 0,0 1,88 1,88 0,0 1,88 1,88 0,0 1,88 1,88 0	0,0 9,37 14,85 14,98 11,09 5,61 0,0 5,61 11,09 14,98 14,85 9,37 0,0

Ускорение поршня

Ускорение поршня определяется по формуле:

, м/с ². (2.52)

Построение кривой проведено сложением гармоник ускорения первого  и второго  порядков.

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Ускорение поршня в зависимости от угла  п.к.в.

,

град.,

м/с ²,

м/с ²,

м/с 2
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360	3450,0 2987,8 1725,2 0,4 -1724,5 -2987,4 -3450,0 -2988,2 -1725,9 -1,2 1723,8 2987,0 3450,0	1000,5 500,3 -500,1 -1000,5 -500,5 499,9 1000,5 500,7 -499,7 -1000,5 -500,9 499,5 1000,5	4450,5 3488,1 1225,1 -1000,1 -2225,0 -2487,5 -2449,5 -2487,5 -2225,6 -1001,7 1222,9 3486,5 4450,5

2.4 Динамический расчёт двигателя

Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью производят динамический расчёт КШМ. Динамический расчёт КШМ заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а так же определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя.

Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.

Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

По характеру движения массы деталей КШМ можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна), совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчёта действительный КШМ заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Массу поршневой группы m_п считают сосредоточенной на оси поршневого пальца. Массу шатунной группы m_ш заменяют двумя массами, одна из которых m_шп - масса шатуна, приведённая к поршню, сосредоточена на оси поршневого пальца, другая m_шк - масса шатуна, приведённая к коленчатому валу - на оси кривошипа.

Величины этих масс определяются для большинства существующих конструкций автомобильных и тракторных двигателей по формулам:

,

.

При расчётах принимаем средние значения:

, кг, (2.53)

, кг, (2.54)

По прототипу проектируемого двигателя принимаем m_ш =6,2 кг.

Подставляя значение массы шатунной группы m_ш=6,2 кг в выражения (2.53) и (2.54), получим:

кг,

кг.

Масса кривошипа принимается по прототипу m_к=4,5 кг.

Масса поршневой группы m_п принята из данных прототипа и равна m_п=3,52 кг.

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная КШМ, состоит из массы имеющей возвратно - поступательное движение m_j и массы, имеющей вращательное движение m_R. m_j и m_R определяются по формулам (2.55) и (2.56).

, кг, (2.55)

, кг. (2.56)

, кг,

, кг.

Расчёт сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Силы давления газов

Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчёта заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси пальца. Её определяют для каждого момента времени (угла ) по индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчёта.

Значения Р_г, МПа заносим в таблицу 2.5.

Силы инерции

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения приведённых масс подразделяют на силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс Р_j и центробежные силы инерции вращающихся масс K_R.

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс определяется по формуле:

, кН, (2.57)

Знак минус показывает, что сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению.

При проведении динамических расчётов двигателей целесообразно пользоваться не полными, а удельными силами, отнесёнными к единице площади поршня.

Расчёты Р_j должны производится для тех же положений кривошипа (угла ) для которых определялись Р_г.

Удельная сила инерции, отнесённая к единице площади поршня, рассчитывается по формуле:

, МПа, (2.58)

Результаты расчётов всех значений угла  сводим в таблицу 2.6

Центробежная сила инерции вращающихся масс

Центробежная сила инерции вращающихся масс определяется по формуле:

, Н, (2.59)

Эта сила постоянна по величине (при =const), действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала.

Центробежная сила инерции  является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

, кН, (2.60)

силы инерции вращающихся масс кривошипа

, кН, (2.61)

, кН,

, кН,

, кН.

Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы (кН), действующие в КШМ, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

, кН, (2.62)

Результаты вычислений силы сводим в таблицу 2.7.

Сила N, действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра. Определяется по формуле:

, кН, (2.63)

Результаты вычислений силы N сводим в таблицу 2.8.

Сила S, действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передаётся кривошипу. Определяется по формуле:

, кН, (2.64)

Результаты вычислений силы S сводим в таблицу 2.9.

От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы: сила, направленная по радиусу кривошипа - К и тангенциальная сила Т, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа.

Сила К определится по формуле:

, кН, (2.65)

Результаты вычислений силы К сводим в таблицу 2.10.

Тангенциальная сила Т определяется по выражению:

, кН, (2.66)

Результаты вычислений силы Т сводим в таблицу 2.11.

Таблица 2.5 - Величина давления газов Р_г в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Дизельный процессГазодизельный процесс
	Рг, МПа	Рг, МПа
0	0,0	0,0
20	0,0	0,0
40	0,0	0,0
60	0,0	0,0
80	0,0	0,0
100	0,0	0,0
120	0,0	0,0
140	0,0	0,0
160	0,0	0,0	0,0	0,0
200	0,0	0,0
220	0,0	0,0
240	0,1	0,1
260	0,2	0,2
280	0,3	0,3
300	0,5	0,5
320	1,1	1,1
340	2,4	2,4
360	7,0	7,0
370	10,7	12,1
380	6,4	6,4
400	3,1	3,2
420	1,7	1,7
440	1,0	1,1
460	0,7	0,7
480	0,5	0,5
500	0,5	0,5
520	0,4	0,4
540	0,4	0,4
560	0,4	0,4
580	0,4	0,4
600	0,3	0,3
620	0,3	0,3
640	0,2	0,2
660	0,2	0,2
680	0,1	0,1
700	0,1	0,1
720	0,1	0,1

Таблица 2.6 - Значение удельной силы инерции р_j в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Рj, Нpj, МПа
0	-17356,8	-1,5
20	-15632,2	-1,4
40	-10983,5	-1,0
60	-4774,5	-0,4
80	1332,4	0,1
100	6004,9	0,5
120	8679,4	0,8
140	9629,7	0,9
160	9654,3	0,9
180	9553,0	0,8
200	9654,6	0,9
220	9629,1	0,9
240	8676,3	0,8
260	5998,2	0,5
280	1322,3	0,1
300	-4786,2	-0,4
320	-10992,8	-1,0
340	-15638,3	-1,4
360	-17356,8	-1,5
370	-16913,8	1,5
380	-15626,1	-1,4
400	-10973,1	-1,0
420	-4762,9	-0,4
440	1342,5	0,1
460	6011,6	0,5
480	8682,5	0,8
500	9630,3	0,9
520	9654,0	0,9
540	9553,0	0,8
560	9654,8	0,9

Таблица 2.7 - Значения суммарной силы в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Дизельный процессГазодизельный процесс
	, Н, МПа, Н, МПа
0	-17356,8	-1,5	-17356,8		-1,5
20	-15632,2	-1,4	-15632,2		-1,4
40	-10983,5	-1,0	-10983,5		-1,0
60	-4774,5	-0,4	-4774,5		-0,4
80	1332,4	0,1	1332,4		0,1
100	6004,9	0,5	6004,9		0,5
120	8679,4	0,8	8679,4		0,8
140	9629,7	0,9	9629,7		0,9
160	9654,3	0,9	9654,3		0,9
180	9553,0	0,8	9553,0		0,8
200	9654,6	0,9	9654,6		0,9
220	9629,1	0,9	9629,1		0,9
240	9919,3	0,9	9919,3		0,9
260	7806,2	0,7	7806,2		0,7
280	4373,3	0,4	4373,3		0,4
300	863,8	0,1	863,8		0,1
320	984,2	0,1	984,2		0,1
340	11933,7	1,1	11933,7		1,1
360	61969,2	5,5	61969,2		5,5
370	102979,2	9,1	118686,2		10,5
380	56241,9	5,0	56919,9		5,0
400	24395,9	2,2	25412,9		2,2
420	13882,1	1,2	14560,1		1,3
440	12755,5	1,1	13207,5		1,2
460	13921,6	1,2	14260,6		1,3
480	14445,5	1,3	14784,5		1,3
500	14828,3	1,3	15054,3		1,3
520	14513,0	1,3	14626,0		1,3
540	14073,0	1,2	14073,0		1,2
560	13948,8	1,2	13948,8		1,2
580	13583,5	1,2	13583,5		1,2
600	12289,2	1,1	12289,2		1,1
620	9042,5	0,8	9042,5		0,8
640	3798,2	0,3	3798,2
660	-2876,9	-0,3	-2876,9		-0,3
680	-9648,2	-0,9		-9648,2	-0,9
700	-14740,4	-1,3		-14740,4	-1,3
720	-16791,8	-1,5		-16791,8	-1,5

Таблица 2.8 - Значения нормальной силы N в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Дизельный процессГазодизельный процесс
	N, кНN, кН
0	0,0	0,0	0,0	0,0
20	0,082	-1,3	0,082	-1,3
40	0,156	-1,7	0,156	-1,7
60	0,211	-1,0	0,211	-1,0
80	0,241	0,3	0,241	0,3
100	0,241	1,4	0,241	1,4
120	0,211	1,8	0,211	1,8
140	0,156	1,5	0,156	1,5
160	0,082	0,8	0,082	0,8
180	0,0	0,0	0,0	0,0
200	-0,082	-0,8	-0,082	-0,8
220	-0,156	-1,5	-0,156	-1,5
240	-0,211	-2,1	-0,211	-2,1
260	-0,241	-1,9	-0,241	-1,9
280	-0,241	-1,1	-0,241	-1,1
300	-0,211	-0,2	-0,211	-0,2
320	-0,156	-0,2	-0,156	-0,2
340	-0,082	-1,0	-0,082	-1,0
360	0,0	0,0	0,0	0,0
370	0,042	4,3	0,042	5,0
380	0,082	4,6	0,082	4,7
400	0,156	3,8	0,156	4,0
420	0,211	2,9	0,211	3,1
440	0,241	3,1	0,241	3,2
460	0,241	3,4	0,241	3,4
480	0,211	3,0	0,211	3,1
500	0,156	2,3	0,156	2,3
520	0,082	1,2	0,082	1,2
540	0,0	0,0	0,0	0,0
560	-0,082	-1,1	-0,082	-1,1
580	-0,156	-2,1	-0,156	-2,1
600	-0,211	-2,6	-0,211	-2,6
620	-0,241	-2,2	-0,241	-2,2
640	-0,241	-0,9	-0,241	-0,9
660	-0,211	0,6	-0,211	0,6
680	-0,156	1,5	-0,156	1,5
700	-0,082	1,2	-0,082	1,2
720	0,0	0,0	0,0	0,0

Таблица 2.9 - Значения силы S в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Дизельный процессГазодизельный процесс
	S, кНS, кН
0	1,0	-17,4	1,0	-17,4
20	1,003	-15,7	1,003	-15,7
40	1,012	-11,1	1,012	-11,1
60	1,022	-4,9	1,022	-4,9
80	1,029	1,4	1,029	1,4
100	1,029	6,2	1,029	6,2
120	1,022	8,9	1,022	8,9
140	1,012	9,7	1,012	9,7
160	1,003	9,7	1,003	9,7
180	1,0	9,6	1,0	9,6
200	1,003	9,7	1,003	9,7
220	1,012	9,7	1,012	9,7
240	1,022	10,1	1,022	10,1
260	1,029	8,0	1,029	8,0
280	1,029	4,5	1,029	4,5
300	1,022	0,9	1,022	0,9
320	1,012	1,0	1,012	1,0
340	1,003	12,0	1,003	12,0
360	1,0	62,0	1,0	62,0
370	1,001	103,1	1,001	118,8
380	1,003	56,4	1,003	57,1
400	1,012	24,7	1,012	25,7
420	1,022	14,2	1,022	14,9
440	1,029	13,1	1,029	13,6
460	1,029	14,3	1,029	14,7
480	1,022	14,8	1,022	15,1
500	1,012	15,0	1,012
520	1,003	14,6	1,003	14,7
540	1,0	14,1	1,0	14,1
560	1,003	14,0	1,003	14,0
580	1,012	13,7	1,012	13,7
600	1,022	12,6	1,022	12,6
620	1,029	9,3	1,029	9,3
640	1,029	3,9	1,029	3,9
660	1,022	-2,9	1,022	-2,9
680	1,012	-9,8	1,012	-9,8
700	1,003	-14,8	1,003	-14,8
720	1,0	-16,8	1,0	-16,8

Таблица 2.10 - Значения силы К в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Дизельный процессГазодизельный процесс
	К, кНК, кН
0	1,0	-17,4	1,0	-17,4
20	0,912	-14,3	0,912	-14,3
40	0,666	-7,3	0,666	-7,3
60	0,317	-1,5	0,317	-1,5
80	-0,064	-0,1	-0,064	-0,1
100	-0,411	-2,5	-0,411	-2,5
120	-0,683	-5,9	-0,683	-5,9
140	-0,866	-8,3	-0,866	-8,3
160	-0,968	-9,3	-0,968	-9,3
180	-1,0	-9,6	-1,0	-9,6
200	-0,968	-9,3	-0,968	-9,3
220	-0,866	-8,3	-0,866	-8,3
240	-0,683	-6,8	-0,683	-6,8
260	-0,411	-3,2	-0,411	-3,2
280	-0,064	-0,3	-0,064	-0,3
300	0,317	0,3	0,317	0,3
320	0,666	0,7	0,666	0,7
340	0,912	10,9	0,912	10,9
360	1,0	62,0	1,0	62,0
370	0,978	100,7	0,978	116,1
380	0,912	51,3	0,912	51,9
400	0,666	16,2	0,666	16,9
420	0,317	4,4	0,317	4,6
440	-0,064	-0,8	-0,064	-0,8
460	-0,411	-5,7	-0,411	-5,9
480	-0,683	-9,9	-0,683	-10,1
500	-0,866	-12,8	-0,866	-13,0
520	-0,968	-14,0	-0,968	-14,2
540	-1,0	-14,1	-1,0	-14,1
560	-0,968	-13,5	-0,968	-13,5
580	-0,866	-11,8	-0,866	-11,8
600	-0,683	-8,4	-0,683	-8,4
620	-0,411	-3,7	-0,411	-3,7
640	-0,064	-0,2	-0,064	-0,2
660	0,317	-0,9	0,317	-0,9
680	0,666	-6,4	0,666	-6,4
700	0,912	-13,4	0,912	-13,4
720	1,0	-16,8	1,0	-16,8

Таблица 2.11 - Значения силы Т в зависимости от угла  п.к.в.

, град.Дизельный процессГазодизельный процесс
	Т, кНТ, кН
0	0,0	0,0	0,0	0,0
20	0,419	-6,5	0,419	-6,5
40	0,762	-8,4	0,762	-8,4
60	0,972	-4,6	0,972	-4,6
80	1,027	1,4	1,027	1,4
100	0,973	5,7	0,973	5,7
120	0,760	6,6	0,760	6,6
140	0,524	5,0	0,524	5,0
160	0,265	2,6	0,265	2,6
180	0,0	0,0	0,0	0,0
200	-0,419	-4,0	-0,419	-4,0
220	-0,762	-7,3	-0,762	-7,3
240	-0,972	-9,6	-0,972	-9,6
260	-1,027	-8,0	-1,027	-8,0
280	-0,973	-4,1	-0,973	-4,1
300	-0,760	-0,7	-0,760	-0,7
320	-0,524	-0,5	-0,524	-0,5
340	-0,265	-3,2	-0,265	-3,2
360	0,0	0,0	0,0	0,0
370	0,215	22,1	0,215
380	0,419	23,6	0,419	23,8
400	0,762	18,6	0,762	19,4
420	0,972	13,5	0,972	14,2
440	1,027	13,1	1,027	13,6
460	0,943	13,1	0,943	13,4
480	0,760	11,0	0,760	11,2
500	0,524	7,8	0,524	7,9
520	0,265	3,8	0,265	3,9
540	0,0	0,0	0,0	0,0
560	-0,419	-5,8	-0,419	-5,8
580	-0,762	-10,4	-0,762	-10,4
600	-0,972	-11,9	-0,972	-11,9
620	-1,027	-9,3	-1,027	-9,3
640	-0,973	-3,6	-0,973	-3,6
660	-0,760	2,2	-0,760	2,2
680	-0,524	5,1	-0,524	5,1
700	-0,265	3,9	-0,265	3,9
720	0,0	0,0	0,0	0,0

Сила К считается положительной, если она сжимает щёки колена. Сила Т принимается положительной, если направление задаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала. По данным, полученным в результате решения уравнений, строим кривые изменения полных сил N, S, K, T.

3. Технологическая часть

.1 Расчёт деталей двигателя

Расчёт поршня

Наиболее напряжённым элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки. Его основными функциями являются уплотнение внутрицилиндрового пространства и передача газовых сил давления с наименьшими потерями кривошипно-шатунному механизму. Поршень представляет собой достаточно сложную деталь как в отношении самой конструкции, так и в отношении технологии и подбора материала при его изготовлении.

При работе двигателя температура потока горящей топливо-воздушной смеси, омывающей днище поршня, сильно меняется от минимальной при пуске и прогреве двигателя до максимальной на режимах наибольших нагрузок. При этом максимальную температуру имеет днище поршня, а минимальную - юбка.

Значительная часть теплового потока от днища и огневого пояса поршня быстро уходит в стенку цилиндра через поршневые кольца и только часть теплоты передаётся на бобышки, а затем и в юбку поршня. При этом отвод теплоты от бобышек значительно меньше, чем от стенок юбок, которые контактируют со стенками цилиндра. В результате по оси бобышек поршень расширяется значительно больше и становится овальным. Оптимальная форма поршня для вновь проектируемого двигателя подбирается в результате кропотливых и длительных экспериментов.

Рисунок 3.1 - Схема поршня

Проверочный расчёт элементов поршня осуществляется без учёта переменных нагрузок, величина которых учитывается при установлении соответствующих допускаемых напряжений.

На основании данных расчетов (теплового, скоростной характеристики и динамического) имеем:

диаметр цилиндра D = 130 мм;

ход поршня S = 140 мм;

максимальное давление сгорания р_z = 12,64 МПа;

при частоте вращения n_н = 2000 мин^-1;

площадь поршня F_п = 133 см²;

наибольшая нормальная сила N_max = 0,01076 МН;

масса поршневой группы m_п = 3,52 кг;

максимальная частота вращения n_{х.х. max} = 2200 мин^-1.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями принимаем:

высота поршня Н = 150 мм;

высота юбки поршня h_ю = 80 мм;

радиальную толщину кольца t = 5,2 мм;

радиальный зазор кольца в канавке поршня ∆t = 0,8 мм;

толщина стенки головки поршня s = 13 мм;

толщина верхней кольцевой перемычки h_п = 6 мм;

число и диаметр масляных каналов в поршне n_м = 10 и d_м = 2 мм;

высота огневого (жарового) пояса е = 19,2 мм;

высота верхней части поршня h_I = 96 мм;

материал поршня - алюминиевый сплав, α_п = 22·10^{-6 1}/_К;

материал гильзы цилиндра - чугун, α_ц = 11·10^{-6 1}/_К.

Головка поршня в сечении х - х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжение сжатия (МПа) определяется по формуле:

, МПа, (3.1)

где МН - максимальная сжимающая сила, МН;

F_x-x - площадь сечения х-х, м².

Максимальная сжимающая сила определится по формуле:

, МН, (3.2)

, МН.

площадь сечения х-х F_x-x определяется по формуле:

, м², (3.3)

где  - диаметр поршня по дну канавок, м;

 - внутренний диаметр поршня, м;

 - площадь продольного диаметрального сечения масляного канала, м².

Диаметр поршня по дну канавок  определяется по формуле:

, мм, (3.4)

мм.

Внутренний диаметр поршня  определяется по формуле:

, мм, (3.5)

мм.

Площадь продольного диаметрального сечения масляного канала определится по формуле:

, мм², (3.6)

 мм².

Подставляя значения имеющихся величин в формулу (3.3), получим:

м².

Подставляя значения имеющихся величин в формулу (3.1), получим:

, МПа.

Напряжение разрыва в сечении х-х определится по формуле

, МПа, (3.7)

где  - максимальная разрывающая сила, МН.

Сила инерции возвратно-поступательных масс Р_j определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя

МН, (3.8)

где m_x-x - масса головки поршня с кольцами, расположенная выше сечения х-х, кг; (3.9)

R - радиус кривошипа;

ω_х.х.max - максимальная угловая скорость холостого хода двигателя,

 ^рад/_с; (3.10)

λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Толщина верхней кольцевой перемычки h_п форсированных двигателей высокой степенью сжатия рассчитывается на срез и изгиб от действия максимальных грузовых усилий P_{z max}.

Определяем напряжения в верхней кольцевой перемычке:

среза:

, МПа, (3.11)

, МПа.

изгиба:

, МПа, (3.12)

, МПа.

сложное:

, МПа, (3.13)

, МПа.

Допустимое напряжение  в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурных нагрузок для поршней из алюминиевых сплавов находится в пределах МПа. Следовательно условие прочности выполняется.

Определяем удельные давления юбки поршня и всей высоты поршня на стенку цилиндра:

, МПа, (3.14)

 МПа,

, МПа, (3.15)

 МПа.

Для автотракторных двигателей q₁ = 0,3…1,1 МПа и q₂ = 0,2…0,7 МПа.

Определяем условие гарантированной подвижности поршня в горячем состоянии.

В целях предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя размеры диаметров головки D_г и юбки D_ю поршня определяют, исходя из наличия необходимых монтажных зазоров D_г и D_ю между стенками цилиндра и поршня в холодном состоянии:

, мм, (3.16)

 мм,

, мм, (3.17)

 мм.

Диаметры головки и юбки поршня с учетом монтажных зазоров определяют по формулам:

, мм, (3.18)

 мм,

, мм,

 мм.

 

Правильность установленных размеров D_г и D_ю проверяют в горячем состоянии по формулам

, мм, (3.19)

 мм,

, мм, (3.20)

 мм,

где  и  - диаметральные зазоры в горячем состоянии соответственно между стенкой цилиндра и головкой поршня и между стенкой цилиндра и юбкой поршня, мм;

α_ц и α_п - коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня, α_ц = 11·10^{-6 1}/_К, α_п = 22·10^{-6 1}/_К;

Т_ц, Т_г и Т_ю - соответственно температура стенок цилиндра, головки и юбки поршня в рабочем состоянии, Т_ц = 385 К, Т_г = 500 К и Т_ю = 428 К;

Т_о - начальная температура цилиндра и поршня, Т_о = 293 К.

Тепловые зазоры обеспечены.

Расчет поршневого пальца

Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации. В соответствии с указанными условиями работы к материалам, применяемым для изготовления пальцев, предъявляются требования высокой прочности и вязкости. Этим требованиям удовлетворяют цементированные малоуглеродистые и легированные никелем и хромом стали с твёрдой поверхностью и вязкой основой. Максимальные напряжения в пальцах дизелей возникают при работе на номинальном режиме.

Основные конструктивные размеры поршневых пальцев принимаются по данным прототипа. Кроме того по данным теплового расчета принимаем: максимальное давление сгорания = 12,64 МПа, наружный диаметр пальца

d_п = 45 мм, внутренний диаметр пальца d_в = 27 мм, длина пальца l_п = 104 мм, длина опорной поверхности пальца в головке шатуна l_ш = 52 мм, расстояние между торцами бобышек b = 51 мм.

Материал поршневого пальца - сталь 12ХНЗА, Е = 2,2×10⁵ МПа. Палец плавающего типа.

Определяем расчетную силу, действующую на палец:

газовая:

, МПа, (3.21)

где k - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца, k = 0,72;

МПа.

инерционная:

, МН, (3.22)

где  - угловая скорость при номинальной частоте вращения,

, ^рад/_с, (3.23)

^рад/_с.

МН.

расчётная:

, МН, (3.24)

где к=0,72,

, МН.

Определяем удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:

, МПа, (3.25)

МПа.

Определяем удельное давление пальца на бобышки:

, МПа, (3.26)

МПа,

где  - длина опорной поверхности пальца в бобышках, м.

Определяем напряжение изгиба в среднем сечении пальца:

, МПа, (3.27)

МПа,

где  - отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.

Определяем касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

, МПа, (3.28)

МПа.

Определяем наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

, мм, (3.29)

мм,

где Е - модуль упругости материала пальца, Е = 2,2×10⁵ МПа.

Определяем напряжения овализации на внешней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (ψ = 0^°)

, МПа, (3.30)

МПа.

в вертикальной плоскости (ψ = 90^°)

, МПа, (3.31)

МПа.

Определяем напряжения овализации на внутренней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (ψ = 0^°)

, МПа, (3.32)

МПа.

в вертикальной плоскости (ψ = 90^°)

, МПа, (3.33)

МПа.

Наибольшее напряжение овализации возникает на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости, оно не должно превышать  МПа.

МПа.

Расчет поршневого кольца

Рисунок 3.2 - Каплевидная эпюра сил давления кольца на стенку цилиндра

Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основные функции:

герметизация надпоршневого пространства в целях максимально возможного использования тепловой энергии топлива;

отвода избыточной доли теплоты от поршня в стенки цилиндра;

«управление маслом», т.е. рационального распределения масляного слоя по зеркалу цилиндра и ограничения попадания масла в камеру сгорания.

Расчёт колец заключается:

а) в определении среднего давления кольца на стенку цилиндра, которое должно обеспечивать достаточную герметичность камеры сгорания и не должно резко увеличивать потери мощности на поршень и в рабочем состоянии;

б) в определении напряжения изгиба, возникающих в сечении, противоположному замку, при надевании кольца на поршень и в рабочем состоянии;

г) в установлении монтажных зазоров в прямом замке кольца.

Основные конструктивные размеры поршневых пальцев принимаем по данным прототипа.

Материал кольца - серый чугун, модуль упругости Е = 1×10⁵ МПа.

Определяем среднее значение давления кольца на стенку цилиндра:

, МПа, (3.34)

МПа,

где Е - модуль упругости материала кольца, Е = 1×10⁵ МПа;

А_о - разность между величинами зазоров кольца в свободном и рабочем состояниях, А_о = 3 × t = 3 × 5,2 = 15,6 мм.

Допустимое среднее радиальное давление для компрессионных колец МПа.

Определяем давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности и заносим в таблицу

, МПа, (3.35)

где μ_к - переменный коэффициент, определяемый изготовителем в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра.

Таблица 3.1 - Параметры для расчета эпюры давления кольца на стенку цилиндра

Угол ψ, град	0	30	60	90	120	150	180
Коэффициент μк	1,05	1,05	1,14	0,9	0,45	0,67	2,85
Давление р, Мпа	0,187	0,187	0,203	0,160	0,080	0,119	0,507

Определяем напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:

, МПа, (3.36)

МПа.

Определяем напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:

, МПа, (3.37)

МПа,

где m - коэффициент, зависящий от способа надевания кольца,
m = 1,57.

Допустимое напряжение при изгибе кольца  = 220..450 МПа и  на 10..30%.

Определяем монтажный зазор в замке поршневого кольца

, (3.38)

где  - минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя,  = 0,08 мм;

a_к и a_ц - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра, a_ц = a_к = 11·10^-6 1/К;

T_k, T_ц и T_о - соответственно температура кольца, стенок цилиндра в рабочем состоянии и начальная температура, T_k = 498 К, T_ц = 385 К и T_о = 293 К.

мм. (3.39)

3.2 Прочностные расчёты

Расчёт болтовых соединений крепления баллонов на прочность

Расчет болта на разрыв

Исходные данные для расчета; масса баллона m = 260 кг.

Для крепления баллона используется 2 болта М8 материал Ст 3 = 150 Мпа.

Нагрузка на один болт F будет действовать равная 65 кг.

Определяем расчётную нагрузку на один болт:

, (3.40)

Где F - нагрузка на болт, МПа;

A - площадь сечения болта, м²;

- допустимое напряжение на разрыв, МПа.

Площадь сечения болта определяется по формуле

 (3.41)

Где d - диаметр болта, м.

м²

При пятикратных перегрузках напряжение будет равно

, условия прочности выполняются;

Расчет болтового соединения на срез

Для крепления конструкции к раме автомобиля используют 4 болта М12, материал Сталь 3, []_т = 22Мпа. Исходные данные для расчета, вес конструкции с баллонами 6000Н. Нагрузка составит для одного болта

 (3.42)

где М - вес конструкции с болтами, Н;

n - количество болтов.

Допустимая нагрузка на болт определяется

, (3.43)

где d_p - расчетный диаметр болта, м;

d_с - диаметр стержня в опасном сечении, м;

- допустимое напряжение при растяжении, МПа;

 - коэффициент трения,  = 0,15…0,2, принимаем  = 0,18;

 - допустимое напряжение среза, МПа.

Расчетный диаметр болта определится

d_p = d - 0,94S; (3.44)

где d - наружный диаметр резьбы; d = 10 мм;

S - шаг резьбы, принимается S = 2 мм.

d_p = 10 - 0,942 = 8,12 мм.

Допустимое напряжение  выбранное в зависимости от предела

текучести  материала определяется

, (3.45)

n - коэффициент безопасности, n = 1,5…3.

.

Допустимое напряжение на срез определяется

; (3.46)

P<Q, условие прочности выполняется.

Расчёт сварного соединения [16]

Рисунок 3.4 - Схема для расчёта сварного соединения

Устанавливаем положение центра тяжести сварных швов.

Проводим силы к центру сварных швов:

кНм. (3.47)

Строим эпюры напряжений в сварных швах. По эпюрам определяем наиболее нагруженные точки сварного шва. Наиболее нагруженными являются точки 1 и 2, графически определяем результирующие напряжения в точке 1.

, МПа. (3.48)

Определяем численные значения входящих величин.

Напряжения от действия момента:

, МПа, (3.49)

, см⁴, (3.50)

где i_cb - осевой момент инерции сварного шва.

 см⁴,

.

Подставляя значения в формулу (3.49), получаем:

 МПа.

Напряжение от действия силы:

, МПа, (3.51)

где А_{верт. шов} - площадь вертикального шва.

см².

МПа.

Результируюшие напряжения:

Подставляя полученные значения в формулу (3.48), получаем:

МПа.

Допускаемое напряжение определится:

МПа,

МПа - прочность сварных швов обеспечена.

3.3 Расчёт по технологии изготовления детали

При расчёте изготовления детали определяют необходимую норму времени.

Нормированное время - это время полезной работы, связанной с выполнением производственного задания и определяется по формуле:

 Т_н =Т_о +Т_в +Т_доп +Т_пз, мин, (3.52)

где Т_о - основное время, мин;

Т_в - вспомогательное время, мин;

Т_доп - дополнительное время, мин;

Т_пз - подготовительно - заключительное время, мин;

Сумма основного и вспомогательного времени составляет оперативное время:

 

Т_оп =Т_о +Т_в, мин, (3.53)

Дополнительное время рассчитывают пропорционально затратам оперативного времени:

, мин, (3.54)

где К_доп - процентное соотношение дополнительного времени к оперативному, К_доп=12%.

, мин, (3.55)

где К_пз - процентное отношение подготовительно - заключительного времени к оперативному, К_пз=10%.

Произведём расчёт балки опорной, которая изготавливается из швеллера №10 ГОСТ 8240-97 Ст3-ГОСТ 535-88.

Отрезные работы

Для отрезных работ применяют тонкие дисковые фрезы (отрезной круг).

Расчёт основного времени отрезных работ определяют по формуле:

, мин, (3.56)

где L - длина фрезеруемой поверхности (высота заготовки), мм;

К - коэффициент, зависящий от ширины заготовки;

i - число проходов;

S_об - подача на один оборот фрезы, мм/об;

n - число оборотов в минуту.

 мин.

Вспомогательное время принимаем Т_в=0,6 мин.

Оперативное время определится, подставляя значение в формулу (3.53):

Т_оп=0,12+0,6=0,72 мин;

Подставляя значения в формулу (3.54), получаем:

мин;

Подготовительно-заключительное время  =22 мин [24].

По формуле (3.52) определяем норму времени:

Т_н =0,12+0,6+0,05+22=22,77 мин;

Сверление

Основные элементы при сверлении - глубина, подача и скорость рассчитывают по формуле:

, мин, (3.57)

где L - глубина обработки с учётом врезания и выхода инструмента, мм;

S - подача на один оборот сверла, мм/об;

n - число оборотов инструмента в минуту.

мин.

Вспомогательное время на установку и снятие принимаем Т_в=1 мин.

Оперативное время определится, подставляя значения в формулу (3.53):

Т_оп=1,54+1=2,54 мин;

Подставляя значения в формулу (3.54), получаем:

мин;

Подготовительно-заключительное время выбираем согласно [24] = 5 мин:

мин;

По формуле (3.52) определяем норму времени:

Т_н=1,54+1+0,15+5=7,69 мин;

Опиливание и зачистка поверхности

Опиливанием называют обработку поверхности изделия напильником, при помощи которого с обрабатываемого изделия снимается слой металла в пределах от 0,05 до 1 мм. Затраты времени на опиливание зависят от размеров обрабатываемой площади, припуска на обработку, механических свойств материала.

Принимаем: Т_о=32=6 мин, Т_в=0,8 мин.

Общее нормированное время

Общее нормированное время определяется по формуле:

 

Т_н=Т_НО+Т_НС+Т_НЗ, мин, (3.58)

где Т_НО - норма времени на отрезные работы;

Т_НС - норма времени на сверлильные работы;

Т_НЗ - норма времени на зачистные работы.

Т_н=22,77+7,69+6,8=37,26 мин.

3.4 Расчёты по расходу топлива

Выбираем условный маршрут движения седельного тягача МАЗ-543240: Киров - Москва (степень загрузки 70%), Москва - Санкт-Петербург (степень загрузки 70%), Санкт-Петербург - Москва - Киров (степень загрузки 100%).

базовая норма расхода компримированного природного газа на пробег для тягача составляет Н_sг=25,1 м³/100 км;

базовая норма расхода дизельного топлива на пробег для тягача составляет Н_sд=4,3 л/100 км;

норма расхода топлива на перевозку полезного груза составляет

Н_Wг=1,3 м³/100 ткм;

масса снаряжённого полуприцепа G_пп=10 т;

масса перевозимого груза при загрузке 100% G_гр=20 т;

надбавка за работу в зимнее время D=10%;

Норма расхода топлива на пробег автопоезда составляет:

 

H_Sa=H_S+H_WG_пр. (3.59)

Подставляя значения в формулу (3.59), получаем:

Н_Sг=25,1+1,310=38,1 м³/100 км;

Н_Sд=4,3+0,38110=8,11 л/100 км.

Нормируемый расход топлива:

 

Q_H=0,01 (Н_SaS+ Н_WW) 1+0,01+D, (3.60)

где S - пробег автопоезда, км;

W - объём транспортной работы, ткм;

 

W=G_грS_гр, (3.61)

где G_гр - масса груза, т;

S_гр - пробег с грузом, км.

Определяем расход топлива на маршруте в летний период.

Киров - Москва:

S=1000 км;

W=71000=7000 ткм.

Q_HГ=0,01 (38,11000+1,37000) 1=472 м³,

Q_HД=0,01 (8,111000+0,3817000) 1=107,77 л.

Москва - Санкт-Петергбург:

S=700 км;=7700=4900 ткм.

Q_HГ=0,01 (38,1700+1,34900) 1=330,4 м³,

Q_HД=0,01 (8,111000+0,3814900) 1=99,77 л.

Санкт-Петергбург - Москва - Киров:

S=1700 км;=101700=17000 ткм.

Q_HГ=0,01 (38,11700+1,317000) 1=868,7 м³,

Q_HД=0,01 (8,111700+0,38117000) 1=202,64 л.

Суммарный расход газа и дизельного топлива на всём маршруте движения:

Q_НГ=1671,1 м³,

 Q_НД=410,18 л.

Определяем расход топлива в зимний период.

Киров - Москва:

S=1000 км;

W=71000=7000 ткм.

Q_HГ=0,01 (38,11000+1,37000) (1+0,0110)= 519,2 м³,

Q_HД=0,01 (8,111000+0,3817000) (1+0,0110)= 110,19 л.

Москва - Санкт-Петергбург:

S=700 км;=7700=4900 ткм.

Q_HГ=0,01 (38,1700+1,34900) (1+0,0110)= 333,7 м³,

Q_HД=0,01 (8,111000+0,3814900) (1+0,0110)= 101,7 л.

Санкт-Петергбург - Москва - Киров:

S=1700 км;=101700=17000 ткм.

Q_HГ=0,01 (38,11700+1,317000) (1+0,0110)= 676,5 м³,

Q_HД=0,01 (8,111700+0,38117000) (1+0,0110)= 207,9 л.

Суммарный расход газа и дизельного топлива на всём маршруте движения:

Q_НГ=1529,4 м³,

 Q_НД=419,79 л.

4. Экологическая безопасность автотранспорта

.1 Расчет выбросов загрязняющих веществ от стоянки 10 автомобилей МАЗ-543240

Расчёт выбросов загрязняющих веществ предприятия, имеющего 10 автомобилей МАЗ-543240. Автомобили хранятся на открытой стоянке в тёплое и холодное время года, не оборудованной средствами подогрева. Предприятие находится в климатическом районе со следующими климатическими условиями: семь месяцев тёплый период, два месяца переходный период, три месяца холодный период. Расчёт выбросов загрязняющих веществ производится от поста ТО - 1.

Выбросы i-го вещества одним автомобилем k-й группы в день при выезде с территории или помещения стоянки  и возврате  рассчитываются по формулам:

, г; (4.1)

, г, (4.2)

где - удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя автомобиля k-й группы, ^г/_мин;

- пробеговый выброс i-го вещества, автомобилем k-й группы при движении со скоростью 10…20 ^км/_час, ^г/_мин;

- удельный выброс i-го вещества при работе двигателя автомобиля k-й группы на холостом ходу, ^г/_мин;

- время прогрева двигателя, мин;

, - пробег автомобиля по территории стоянки, км;

,- время работы двигателя на холостом ходу при выезде с территории стоянки и возврате на неё, мин.

Теплый период

Принимаем мин;км;км; мин.

Выбросы оксидов углерода (СО), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин;

Тогда:

г;

г.

Выбросы углеводородов (СН), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы оксидов азота (NO_х), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы сажи (С), принимаем следующие значения: ^г/_ммн; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы диоксидов серы (SO₂), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_ммн.

Тогда:

г;

г.

Холодный период

Принимаем мин;км;км; мин.

Выбросы оксидов углерода (СО), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы углеводородов (СН), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы оксидов азота (NO_х), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы сажи (С), принимаем следующие значения: ^г/_ммн; ^г/_км;  ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы диоксидов серы (SO₂), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_ммн.

Тогда:

г;

г.

Переходный период

В переходный период значения выбросов СО, СН, С, SО₂, должны умножаться на коэффициент 0,9 от значений холодного периода при расчете удельных выбросов загрязняющих веществ при прогреве двигателей и пробеговых выбросов загрязняющих веществ. Выбросы NО_х равны выбросам в холодный период.

Принимаем мин;км;км; мин.

Выбросы оксидов углерода (СО), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы углеводородов (СН), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы оксидов азота (NO_х), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы сажи (С), принимаем следующие значения: ^г/_ммн; ^г/_км; ^г/_мин.

Тогда:

г;

г.

Выбросы диоксидов серы (SO₂), принимаем следующие значения: ^г/_мин; ^г/_км; ^г/_ммн.

Тогда:

г;

г.

Валовый выброс i-го вещества автомобилями рассчитывается раздельно для каждого периода года по формуле

, ^т/_год, (4.3)

где - коэффициент выпуска (выезда);

- количество автомобилей k-й группы на территории или в помещении стоянки за расчетный период;

- количество дней работы в расчетном периоде (холодном, теплом, переходном);

- период года (Т - теплый, П - переходный, Х - холодный); для холодного периода расчет  выполняется для каждого месяца.

, (4.4)

где - среднее за расчетный период количество автомобилей k-й группы, выезжающих в течение суток со стоянки.

Для расчетов принимаем, что автомобили выходят на линию пять дней в неделю без простоев. В этом случае . Количество дней работы в расчетном периоде: холодном - 70 дней; переходном - 45 дней и теплом - 150 дней.

Выбросы оксидов углерода (СО):

^т/_год;

^т/_год;

^т/_год.

Выбросы углеводородов (СН):

^т/_год;

^т/_год;

^т/_год.

Выбросы оксидов азота (NO_х):

^т/_год;

^т/_год;

^т/_год.

Выбросы сажи (С):

^т/_год;

^т/_год;

^т/_год.

Выбросы диоксидов серы (SO₂):

^т/_год;

^т/_год;

^т/_год.

Для определения общего валового выброса  валовые выбросы одноименных веществ по периодам года суммируются

, ^т/_год. (4.5)

 

Выбросы оксидов углерода (СО)

^т/_год.

Выбросы углеводородов (СН)

^т/_год.

Выбросы оксидов азота (NO_х)

^т/_год.

Выбросы сажи (С)

^т/_год.

Выбросы диоксидов серы (SO₂)

^т/_год.

Максимально разовый выброс i-го вещества  рассчитывается для каждого месяца по формуле

, ^г/_с, (4.6)

где - количество автомобилей k-й группы, выезжающих со стоянки за 1 час, характеризующийся максимальной интенсивностью выезда автомобилей.

Считаем, что за 1 час выезжают со стоянки все 10 автомобилей.

Тёплый период

Выбросы оксидов углерода (СО)

^г/_с.

Выбросы углеводородов (СН)

^г/_с.

Выбросы оксидов азота (NO_х)

^г/_с.

Выбросы сажи (С)

^г/_с.

Выбросы диоксидов серы (SO₂)

^г/_с.

Холодный период

Выбросы оксидов углерода (СО)

^г/_с.

Выбросы углеводородов (СН)

^г/_с.

Выбросы оксидов азота (NO_х)

^г/_с.

Выбросы сажи (С)

^г/_с.

Выбросы диоксидов серы (SO₂)

^г/_с.

Переходный период

Выбросы оксидов углерода (СО)

^г/_с.

Выбросы углеводородов (СН)

^г/_с.

Выбросы оксидов азота (NO_х)

^г/_с.

Выбросы сажи (С)

^г/_с.

Выбросы диоксидов серы (SO₂)

^г/_с.

5. Безопасность жизнедеятельности

.1 Актуальность проблемы

Безопасность жизнедеятельности представляет собой систему законодательных актов, социально - экономических, технических, санитарно - гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение работоспособности и здоровья человека в процессе труда. В современном производстве безопасность труда является одной из важнейших социальных проблем.

Обеспечение здоровых и безопасных условий труда закон возлагает на администрацию предприятий, учреждений и организации. Добиваться этого администрация должна путем внедрения современных средств безопасности и обеспечения санитарно - гигиенических условий, предотвращающих профессиональные заболевания.

В связи с переходом на рыночные отношения затрудняется обеспечение безопасности труда на должном уровне. Это выражается в сокращении штатного расписания инженерно - технической службы охраны труда. Рост числа профессиональных заболеваний и производственного травматизма, числа техногенных катастроф и аварий, неразвитость профессиональной, социальной и медицинской реабилитации пострадавших на производстве отрицательно сказываются на жизнедеятельности людей, их здоровье, приводят к дальнейшему ухудшению демографической ситуации в стране. Подверждением этого служат следующие факторы: высокий удельный вес работников, занятых на рабочих местах, не отвечающим эргономическим и санитарно - гигиеническим требованиям и правилам техники безопасности; быстрый рост уровня профессиональной заболеваемости и производственного травматизма; увеличение тяжести производственного травматизма и его уровня с летальным исходом. [6]

В связи с этим в настоящее время проблема обеспечения труда наиболее актуальна.

5.2 Анализ производственного травматизма

Цель анализа - выявить количественные показатели травматизма, провести причинно-факторный анализ и разработать организационно-технические мероприятия по снижению уровня травматизма.

Для количественной оценки травматизма используется статистический метод, позволяющий выявлять и рассчитывать коэффициенты и показатели травматизма. [6]

Коэффициент частоты травматизма:

, (5.1)

где Т - количество пострадавших при несчастных случаях, в том числе со смертельным исходом и частично утратившим работоспособность за исследуемый период, чел.;

Р - среднесписочное число работников за данный период, чел.

Коэффициент тяжести травматизма:

, (5.2)

где Д - количество человеко-дней нетрудоспособности у пострадавших с утратой трудоспособности на 1 рабочий день и более, чел.-дней;

Т₁ - число несчастных случаев без учёта смертельных исходов и получения инвалидности, чел.

Коэффициент летальности:

, (5.3)

где Т_Л - число пострадавших с летальным исходом, чел.

Коэффициент потерь:

, (5.4)

Исходные данные и результаты расчётов приведены в таблице 5.1.

Пример расчёта представлен по 2007 году.

К_Ч==6,06;

К_Т==16;

К_П==96,9;

Таблица 5.1 - Количественная оценка уровня травматизма

Показатели	Отчётный период
	2003	2004	2005	2006	2007
Среднесписочная численность работающих, Р	165	165	165	165	165
Численность пострадавших, Т	5	7	6	1
Численность человеко-дней нетрудоспособности, Д	65	57	76	61	16
Коэффициент частоты травматизма, КЧ	36,4	30,3	42,2	36,4	6,06
Коэффициент тяжести, КТ	10,8	11,4	10,8	10,2	16
Коэффициент потерь труда, КП	393,9	345,5	460,6	369,7	96,9

Анализ данных количественной оценки (таблица 5.1) позволяет сделать вывод, что частота травматизма была наименьшей в 2007 году. Частота травматизма в 2005 году была больше, чем в другие годы. Коэффициент тяжести травматизма, характеризующий состояние трудовой дисциплины на производстве, возрос в 2005 году. Причина частоты кроется, прежде всего, в низкой производственной дисциплине самих пострадавших, в собственной неосторожности и халатном отношении к вопросам охраны труда.

Применение причинно-факторного анализа позволяет выявить последовательность распределения числа пострадавших по причинам возникновения травматизма.

Причинами травматизма являются:

- неосторожность, ремонтно-обслуживающего персонала;

-        нарушение техники безопасности;

-        неприменение средств индивидуальной защиты;

-        нарушение трудовой дисциплины.

.3 Организационно-технические мероприятия по снижению травматизма

компримированный газ двигатель дизель

В основном все случаи травматизма происходят по вине работников из-за несоблюдения техники безопасности на рабочем месте. В связи с этим необходимо проводить организационно-технические мероприятия по снижению травматизма, такие как:

ежегодно контролировать в отделе кадров назначения должностных лиц, руководителей участков, ответственных за состояние и организацию работы по охране труда и предупреждению аварийных ситуаций;

контролировать проведение предварительных (при поступление на работу) и периодических (в течение трудовой деятельности) медицинских осмотров работников;

не допускать работников к выполнению ими трудовых обязанностей без прохождения обязательных медицинских осмотров, в случае медицинских противопоказаний;

разработать систему обучения безопасным методам и приёмам выполнения работ, инструктажей по охране труда, стажировку на рабочих местах и проверку знаний требования охраны труда;

внедрить систему ведения документации по контролю за обучением по безопасности труда на рабочих местах, допуска к обслуживанию технического оборудования, аттестации всех специалистов производства;

внедрить систему нормативно-правовых актов и отработать систему контроля за ведением документации по расследованию, учёту и ответственности по состоянию травматизма, условий труда и профессиональных заболеваний;

материально и морально поощрять работников за выполнение требований охраны труда.

5.4 Расчёт участка вентиляции участка ТО газобаллонного оборудования

Автомобиль с установленным газобаллонным оборудованием при проведении ТО и ТР на постах выделяет больше отработанных газов из-за необходимости проверки работы двигателя как на дизельном топливе так и на газе. Для обеспечения безопасности труда должна быть хорошая вентиляция участка. Принимаем поточно - вытяжную вентиляцию.

, (5.5)

где m - количество сожженного топлива за 1 час, кг/ч.

m=5,1 кг\час [7]; =76,5 кг/ч.

Количество оксида углерода в отработавших газах определяется по формуле:

, (5.6)

кг/ч.

Необходимый воздухообмен определится (с учётом 10% прорыва газов в помещение), м³/ч по формуле:

, м³/ч (5.7)

где -  концентрация оксида углерода в наружном воздухе, мг/м³

g_н = 0 [7];

g_пдк - ПДК оксида углерода в воздухе рабочей зоны, мг/м³

g_пдк = 20 мг/м³ [7];

=19150 м³/ч.

Выбираем вентилятор центробежного типа ЦЧ-20-1.23 с производительностью 20000 м³/ч.

Кроме общеобменной поточно-вытяжной вентиляции в обычном исполнении, должна быть предусмотрена естественная вытяжка и аварийная вытяжка-вентиляция. [24]

5.5 Инструкция по эксплуатации автомобиля МАЗ - 543240 при работе на компримированном природном газе

Общие положения

К самостоятельной работе на автотранспорте с модернизированной топливной системой допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, у которых нет противопоказаний по состоянию здоровья, прошедшие:

- медицинское освидетельствование;

-        первичный инструктаж на рабочем месте;

-        теоретическое и практическое обучение безопасным приемам труда под руководством мастера и опытного рабочего в течение установленного срока обучения;

-        сдавшие экзамен квалификационной комиссии на допуск к самостоятельной работе.

Водитель является ответственным лицом за соблюдение правилтехники безопасности всеми находящимися в автомобиле лицами и обязан требовать от них исполнения этих правил.

Транспортное средство должно быть технически исправно и снабжено углекислотным или порошковым огнетушителем.

Водитель не должен приступать к выполнению разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности, без получения целевого инструктажа по охране труда. Водитель должен выполнять только порученную работу и не передавать ее другим без разрешения начальника, во время работы быть внимательным, не отвлекаться и не отвлекать других, не допускать на рабочее место лиц, не имеющих отношения к работе, содержать рабочее место в чистоте и порядке.

При обнаружении неисправностей двигателя, приспособлений, инструмента и других недостатках или опасностях на рабочем месте немедленно остановить двигатель после устранения замеченных недостатков продолжить работу, а при невозможности вызвать техпомощь.

Водитель должен соблюдать правила пожарной безопасности. Курить разрешается только в специально отведенных местах.

Требования безопасности перед началом работы

1. Убедиться в исправности и надеть исправную специальную одежду, спецобувь застегнув ее на все пуговицы, волосы убрать под головной убор.

. Пуск двигателя транспортного средства производится поворотом ключа в замке зажигания, ключ - марки или другого штатного устройства пуска двигателя.

. После запуска или прогрева двигателя необходимо проверить на ходу работу рулевого управления и тормозов, работу «СТОП» сигнала, поворотов, освещения, а также звукового сигнала, проверить работоспособность и исправность двигателя на холостом ходу, осветительных и контрольно-измерительных приборов,

. Прежде чем начать движение с места остановки (стоянки) или выезжая из гаража убедиться, что это безопасно для окружающих, подать предупредительный сигнал.

. Скорость движения выбирать с учетом дорожных условий, видимости и обзорности, интенсивности и характера движения транспортных средств и пешеходов, особенностей и состояния транспортного средства и перевозимого груза.

. Произвести ежесменное техническое обслуживание транспортного средства. Заправку топливом, маслом, водой, тормозной жидкостью и проверить уровень электролита в аккумуляторной батарее. После заправки топливом и маслом вытереть насухо все части машины, залитые нефтепродуктами. Пролитые во время заправки горюче - смазочные материалы убрать с помощью ветоши, песка или опилок, ветошь убрать в металлический ящик.

7. Заправка метанолом и дизельным топливом должна производиться человеком в спецодежде, головном уборе, обуви. Нельзя допускать обливание спецодежды, рук и тела, наполняя бак и другие емкости, становиться спиной к ветру.

. Запрещается передача КПГ и дизельного топлива для использования не по прямому назначению. Виновные в такой передаче несут полную ответственность за могущие произойти несчастные случаи.

. Перед началом работы необходимо проверить и убедиться в отсутствие течи топлива из бака и в местах соединения трубопроводов, отсутствии повреждений изоляции проводов, а при их наличии - устранить.

Требования безопасности во время работы:

1. Выполнять только ту работу, которая поручена или разрешена администрацией, после проведенного инструктажа и обучения.

. Быть внимательным и аккуратным во время выполнения работы, не отвлекаться на посторонние дела и разговоры и не отвлекать других, выполнять Правила дорожного движения РФ.

. Не касаться находящихся в движении частей механизмов, а также электропроводов и токоведущих частей приборов.

. Ремонт производить в дневное время или с использованием электрических светильников напряжением не более 12В.

. Заправку транспортного средства топливом производить после остановки двигателя.

. Начинать движение, только убедившись в отсутствии помех на пути движения.

. Перед выходом из кабины выключить зажигание, затормозить транспортное средство стояночным тормозом, убедиться в отсутствии опасности, связанной с движением транспортных средств, как в попутном, так и во встречном направлении. Не прыгать из кабины.

. Своевременно очищать грязь, снег и лед с подножек. Не допускать попадания на них масла и топлива.

. Отдыхать в кабине только при неработающем двигателе, так как в противном случае это может привести к отравлению оксидом углерода, содержащимся в отработанных газах двигателя.

Требования безопасности после окончания работы:

1. После возвращения с линии совместно с механиком по выпуску проверить транспортное средство.

. Транспортное средство очистить от грязи и пыли, поставить их в установленное место, убедиться в том, что нет возможности возникновения пожара и затянуть рычаг стояночной тормозной системы, выключить двигатель и массу; при безгаражном хранении транспортного средства в зимнее время слить воду из радиатора и двигателя, затянуть рычаг стояночного тормоза, закрыть кабину на замок.

3. Снять и убрать специальную одежду в шкаф, вымыть руки и лицо с мылом, при необходимости принять душ. Применять для для личной гигиены химические вещества запрещается.

. При сливе горячего масла из картера двигателя, а также из гидросистемы нужно остерегаться ожогов.

Водителям запрещается:

-   управлять транспортным средством в состоянии алкогольного опьянения или под воздействием наркотических средств;

-        выезжать в рейс в болезненном состоянии или при такой степени утомления, которая может повлиять на безопасность движения;

-        передавать управление транспортным средством посторонним лицам;

-        производить техническое обслуживание и ремонт транспортного средства во время погрузки и разгрузки;

-        оставлять в кабинах и на двигателе загрязненные маслом и топливом использованный обтирочный материал (ветошь, концы и т.п.);

-        допускать скопление на двигателе грязи и масла;

-        курить в непосредственной близости от приборов системы питания двигателя (в частности, от топливных баков);

-        пользоваться открытым огнем при определении и устранении неисправностей механизмов.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

Водитель, причастный к нему, обязан:

. Остановить или не трогать с места транспортное средство, а также другие предметы, имеющие отношение к происшествию, включить световую сигнализацию и выставить знак аварийной остановки.

. Сообщить о случившемся в ГИБДД, записать фамилию и адреса очевидцев происшествия и ожидать прибытия работников милиции или следственных органов;

. Вызвать в случае необходимости «Скорую помощь», а если это невозможно, отправить пострадавших на попутном или отвезти на своем транспорте в ближайшее лечебное заведение и сообщить там свою фамилию, номерной знак транспортного средства, после чего возвратиться к месту происшествия;

. При доставке пострадавшего на своем транспортном средстве в лечебное учреждение или если невозможно движение других транспортных средств, необходимо освободить проезжую часть, предварительно зафиксировав в присутствии свидетелей положение транспортного средства и относящихся к дорожно-транспортному происшествию предметов и следов, приняв всевозможные меры к их сохранению и организации объезда места происшествия.

Действия при обнаружении загорания или в случае пожара:

1. Остановить автомобиль, выключить зажигание, перекрыть краны бензопровода и горюче-смазочных материалов, отключить клеммы аккумуляторной батареи.

. Если возможно позвонить в пожарную часть по телефону 01 или пожарному извещателю и приступить к тушению пожара имеющимися первичными средствами пожаротушения.

. При загорании одежды на человеке его необходимо уронить и сбить огонь, накинув брезент, кошму.

. При тушении электропроводов применять углекислотные и порошковые огнетушители.

. При невозможности вызова пожарной команды тушение пожара производить своими силами. При угрозе жизни - водителю необходимо отвести людей и отойти самому на безопасное расстояние от очага возгорания. [24]

6. Экономическая часть

Базовая норма расхода дизельного топлива автомобилем МАЗ-543240 с двигателем ЯМЗ-236 БЕ составляет 21,5 л/100 км, согласно распоряжению Министерства транспорта Российской Федерации от 14 марта 2008 года №АМ - 23 - р.

Учитывая, что работа автомобиля МАЗ-543240 осуществляется на дорогах общего пользования, включая города, посёлки и пригородные зоны при высоте над уровнем моря от 300 до 800 м, соответствующего Кировской области, вводится надбавка 5%.

Исходные данные:  

Средний расход дизельного топлива базовой модели G_cp1 =21,5 л/100 км.

Средний расход дизельного топлива новой модели G_cp2 ⁼ 4,3 л/100 км.

Средний расход газа новой модели 25,1 м / 100 км.

Срок службы автомобиля Т = 5 лет.

Условный годовой пробег автомобиля L_год = 40000 км.

Пробег автомобиля за срок службы  = 200000 км.

Стоимость 1 л дизельного топлива Ц_дт = 22 руб.

Стоимость 1 м³ газа Ц_г = 8,50 руб.

Балансовая стоимость МАЗ-543240 Б = 1750000 руб.

Стоимость газобалонного оборудования Б = 91600 руб.

Стоимость работ по переоборудованию автомобиля для работы на компримированном природном газе составляет Б₂ = 29800 руб.

Стоимость переоборудованного автомобиля:

 

Б= Б + Б₁+Б₂ = 1750000 + 91600 + 29800 = 1871400 руб. (6.1) Определяем годовой расход дизельного топлива:

 (6.2)

тогда при базовом варианте

g_д1 = (21,5/100) ∙ 40000 = 8600 л;

при проектируемом варианте

g_д2 = (4,3/100) ∙ 40000 = 1720 л.

Определяем годовой расход газа при проектируемом варианте:

 

g_г=(G_г/100) 1_год, (6.3)

где G_г - средний расход газа, м³/100 км

Подставляя значения в формулу (6.3), получаем:

g_г = (25,1/100) 40000 = 10040 м³.

Определяем экономию дизельного топлива за год:

 

g = g-g = 8600-1720=6880 л. (6.4)

Определяем стоимость дизельного топлива за год:

 

С_мд = Ц_дт,      (6.5)

где Ц - стоимость одного л дизельного топлива, руб.

Тогда получаем:

для базового варианта

С_{мд 1}, =860022 = 189200 руб.;

для проектируемого варианта

С_мд2 = 1720 ∙ 22 = 37840 руб.

Определяем стоимость газа проектируемой модели:

С_мг = Цг = 100408,50 = 85340 руб. (6.6)

Определяем годовую экономию от снижения стоимости топлива:

 (6.7)

подставляя значения в формулу (6.7), получаем:

= 189200 - (37840 + 85340) = 66020 руб.

Затраты на обслуживание базовой и проектируемой моделей рассчитываем по формуле:

 

A_1,2=(Бa)/L_∑,       (6.8)

где Б - балансовая стоимость автомобиля базовой и проектируемой моделей, руб.;

а - коэффициент отчислений на обслуживание, принимаем а = 0,2.

Тогда, подставляя значения в формулу (6.8), находим затраты:

для базовой модели:

A = (1750000 ∙ 0,2)/200000 = 1,75 руб./км;

для проектируемой модели:

А₂ = (1871400 ∙ 0,2)/200000 = 1,87 руб./км.

Рассчитываем затраты на ТО и ТР базовой и проектируемой моделей:

 

P= (Б • Q)/, (6.9)

где Q_L - коэффициент отчислений на ТО и ТР. Принимаем Q_L = 0,22.

Подставляя числовые значения в формулу (6.9), получаем:

для базовой модели:

Р₁ = (1750000 ∙ 0,22)/200000 = 1,92 руб./км,

для проектируемой одели:

Р₂ = (1871400 ∙ 0,22)/200000 = 2,05 руб./км.

Определяем себестоимость затрат базовой и проектируемой моделей:

для базовой модели

U₁ = А₁+ P₁= 1,75 + 1,92= 3,67 руб./км, (6.10)

для проектируемой модели

 

U₂ = А₂ + Р₂ = 1,87 + 2,05= 3,92 руб./км. (6.11)

Определяем количество капиталовложений по формуле:

 

К_1,2 = Б/L. (6.12)

Подставляя значения в формулу (6.12), получаем:

для базовой модели

К₁ = 1750000 / 200000 = 8,75 руб./км;

для новой модели

К₂= 1871400/200000 = 9,35 руб./км.

Определяем количество приведенных затрат:

 (6.13)

где Е_н - коэффициент эффективности капиталовложений.

Принимаем Е_н = 0,15.

Подставляя числовые значения в формулу (6.13), получаем:

для базового варианта:

3₁ =3,67 + 0,15 ∙ 8,75 = 4,98 руб./км,

для проектируемого варианта:

3₂ = 3,92 + 0,15 ∙ 9,35 = 5,31 руб./км.

Годовая экономия определится по формуле:

 

Э_Г1 = (();   (6.14)

подставляя числовые значения в формулу (6.14), получаем:

Э_Г1= ((4,98 - 5,31) 40000) /5 = -2880 руб.

Определяем общую годовую экономию:

 (6.15)

Подставляя значения в формулу (6.15), получаем:

= 66020 + (- 2880) = 63140 руб.

Находим срок окупаемости капиталовложений:

 = года или 76800 км пробега.

Рассчитанные показатели экономического расчета заносим в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Технико-экономические показатели

Показатели	Базовый	Проектный
Балансовая стоимость автомобиля, руб.	1750000	1871400
Годовой пробег, км	40000
Расход топлива за год:
дизельное топливо, кг	8600	1720
газ, м³	-	10040
Экономия дизельного топлива за год, кг	-	6880
Общая стоимость топлива за год, руб. дизельное топливо газ	189200	37840
		85340
Годовая экономия от снижения стоимости топлива, руб.	-	66020
Эксплуатационные затраты за год, руб.:
ТО и ТР	76800	82000
ГСМ	189200	123180
Общая экономия, руб./год	-	63140
Срок окупаемости, год	-	1,92

Выводы и предложения

Анализ состояния вопроса показал, что перевод автомобильного транспорта с нефтяных топлив на (КПГ) имеет множество достоинств, а именно: снижение расходов нефтяных запасов страны, улучшение экологии, особенно в крупных городах, повышение ресурса автотранспорта. Необходима активная стимуляция со стороны государства для внедрения компримированного природного газа в качестве замены нефтяных видов топлив.

С точки зрения практического применения в современных условиях наиболее реальным способом перевода дизеля на компримированный природный газ является осуществление его работы по газодизельному процессу, то есть при подаче газа (основноговида топлива) во впускной коллектор и воспламенения газовоздушной смеси небольшой запальной дозой дизельного топлива, поступающего в цилиндры через штатную топливную систему.

Использование в качестве топлива для дизеля КПГ способствует снижению содержания сажи в отработавших газах практически до нулевой концентрации.

Одним из важных условий разработки дипломного проекта является то, что в конструкции самого двигателя автомобиля и системы подачи топлива не вносится каких-либо существенных изменений.

Список литературы

1.     Лиханов В.А., Плотников С.А. Автомобильные двигатели / Учебно-методическое пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2002. - 87 с., ил.

2.       Лиханов В.А. Деветьяров Р.Р. Автомобильные двигатели: Учебное пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2005. - 153 с.

.         Гаспарянц Г.А. Конструкция, основы теории и расчета автомобиля. - М.: Машиностроение, 1978. - 351 с.

.         Перевод двигателей внутреннего сгорания на газообразное топливо. Сборник под редакцией Вырубова Д.Н. - М.: Машгиз, 1946. - 239 с.

.         ЕСКД Основные положения. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 352 с.

.         Шкрабак В.С., Луковников А.В. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйственном производстве. - М.: Колос, 2003. - 512 с. пособие для ВУЗов. - 2-е изд., прераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2002. - 400 с., ил.

.         Бутко П.Н. Практикум по охране труда - М., 1996. - 417 с.

.         Методические указания по выполнению теплового расчета ДВС для студентов факультета механизации сельского хозяйства. - Киров: Вятская ГСХА, 2000. - 16 с.

.         Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. В 3-х томах. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 349 с.

.         Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. - М.: Колос, 1984. - 335 с., ил.

.         Орлин А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

.         Решетов Д.Н. детали машин. Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей ВУЗов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 486 с., ил.

.         Савровский Д.С., Головня В.Г. Конструкционные материалы и их обработка. Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1976. - 328 с., ил.

.         Стандарт предприятия. Проекты (работы) курсовые и дипломные. Требования к оформлению. - Киров: СТП ВГСХА 2-00, 2000. - 72 с.

.         Чекмарев А.А., Осипов В.К. Справочник по машиностроительному черчению. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2000. - 493 с., ил.

.         Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для машиностроительных специальностей ВУЗов - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1985. - 416 с., ил.

.         Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Учебное

.         Конарев Ф.М., Пережогин М.А. и др. Охрана труда. - М.: Колос, 1982. - 348 с.

.         Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей; Учебник для студентов ВУЗов по специальности - Двигатели внутреннего сгорания - /В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин и др.; т /Под общ. ред. А.С. Орлина. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 228 с.

.         Методика расчёта выбросов загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. М., 1997.

.         Ховах М.С., Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. - М.: Машиностроение, 1971. - 456 с.

.         Краткий автомобильный справочник. Гос. НИИавтомоб. Трансп. 8-е изд., перераб и доп. - М. Транспорт, 1983, - 464 с. ил., табл.

.         Лиханов В.А., Лопатин О.П., Вылегжанин П.Н., Зяблых Р.Ю. Экологическая безопасность: учебное пособие для дипломного проектирования для студентов инженерного факультета, обучающихся по специальности 190601 (150200) - Автомобили и автомобильное хозяйство. - Киров: Вятская ГСХА, 2005. - 85 с

.         Раздорожный А.А. Охрана труда и производственная безопасность: учебно-методическое пособие. - М.: «Экзамен», 2006 - 511 с.

.         Жегалин О.Н, Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М., Транспорт, 1985.

.         Ложкин В.Н., Демочка О.И и др. Экспериментальная оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами ДВС на эксплуатационных режимах работы. Технический отчёт по НИР. С - ПБ, НПОЦНИТА, 1990.

.         Макаров В.В., Лоскутов А.С. Газобалонные автомобили: Учебное пособие. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 100 с.