Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля

Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Улан-удэнский институт железнодорожного транспорта

Иркутский государственный университет путей сообщения в г. Улан-Удэ

Кафедра Транспортные системы

Специальность 190300 «Локомотивы»

Курсовой проект

По дисциплине «Локомотивные энергетические установки»

Тема:

Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементов конструкции тепловозного дизеля

Студент А.С. Кихтенко

группа ПСЖ 1-12-1

Руководитель А.А. Макунин

Преподаватель кафедры «ВПО»

Улан-Удэ - 2015

ЗАДАНИЕ

По выполнению курсовой работы «Локомотивные энергетические установки»

Студент: Кихтенко А.С. Группа: ПСЖ 1-12-1 Вариант: №010

Расчетные данные

Дано:

Мощность на номинальном режиме и стандартных атмосферных условиях. Ne = 850 кВт

·  Частота вращения коленчатого вала, на номинальном режиме n = 1200 об/мин.

·        Тактность - 4-х тактный.

Содержание

Введение

. Выбор типа и расчёт основных параметров дизеля

. Расчёт рабочего процесса дизеля и его технико-экономических показателей

. Расчёт и построение индикаторной диаграммы

. Расчёт сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля

. Приближенный расчёт основных деталей кривошипно-шатунного механизма дизеля

. Расчёт и построение векторной диаграммы сил, действующих на шатунную вейку коленчатого вала дизеля

. Индивидуальная работа форсунка дизеля Д49

Список использованных источников

Приложение 1. Индикаторная диаграмма

Введение

В соответствии с заданием мы должны произвести выбор типа двигателя, определить его основные параметры, выбрать схему воздухоснабжения, агрегаты наддува и систему охлаждения наддувочного воздуха, рассчитать рабочий процесс двигателя и его основные технико-экономические показатели на номинальном режиме работы, силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, построить векторные диаграммы сил, действующих на шейки коленчатого вала и подшипники, определить главные размеры поршня, шатуна, коленчатого вала, рассчитать основные элементы узла, подлежащего подробной конструктивной разработке.

К моменту защиты курсовой проект должен быть оформлен в виде расчетной записки и графической части.

Расчетная записка должна включать следующие разделы:

Введение;

. Выбор типа и кинематической схемы двигателя схем водяной, масляной и топливной систем.

2. Расчет основных параметров дизеля.

3. Выбор агрегатов наддува и охлаждения наддувочного воздуха, схемы воздухоснабжения и её обоснование.

4. Расчет рабочего процесса, построение индикаторной диаграммы, определение технико-экономических показателей двигателя.

5. Расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля и построение графиков изменения этих сил от угла поворота коленчатого вала, векторные диаграммы сил, действующих на шейки коленчатого вала и подшипника.

6. Выбор конструкции основных узлов дизеля, применяемых материалов и обоснование принятых решений.

Расчет индикаторной диаграммы и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя, выполняется на ЭВМ.

Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее распространённому и многочисленному классу тепловых двигателей, т.е. таких двигателей в которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию непосредственно внутри двигателя. КПД лучших образцов ДВС составляет 0,43.Появление поршневых двигателей внутреннего сгорания во второй половине ХIХ века было вызвано развитием промышленности, для которой требовался более совершенный двигатель, чем паровая машина имевшая КПД не более 0,14.

1. Выбор типа и расчет основных параметров дизеля

Мощность N_е, угловая скорость вращения коленчатого вала w, тактность t и, условия работы дизеля задаются консультантом проекта

В процессе проектирования, по согласованию с консультантом при наличии соответствующих обоснований заданные величины могут быть откорректированы.

Эффективная мощность дизеля кроме угловой скорости и тактности зависит от величин среднего эффективного давления Р_а, реализуемого при рассматриваемом режиме работы, рабочего объема цилиндра V_h и числа цилиндров Z. При проектировании дизелей величины, определяющие их эффективную мощность, выбираются с учетом опыта эксплуатации уже построенных двигателей, а также весовых и габаритных ограничений, выдвигаемых специфическими условиями работы проектируемого двигателя.

Мощность двигателя определяется соотношением:

, кВт (1)

где Р_е - среднее эффективное давление, Па;

w - угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с;

Z - число цилиндров;

D - диаметр поршня, м;

S - ход поршня, м;

t - коэффициент тактности.

, рад/с (2)

где  - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

 рад/с

Средняя скорость поршня C_m является параметром, определяющим степень быстроходности и долговечности дизеля. Для выполненных четырёхтактных тепловозных двигателей средние скорости поршня имеют значения: C_m = 7,4-10,5 м/с.

Рисунок 1 - Зона допустимых значений Ре тепловозных дизелей в зависимости от эффективной мощности Ne

Рисунок 2 - Зона преимущественных диаметров цилиндров D и степени сжатия ε дизелей в зависимости от эффективной мощности Ne

Получили: Р_е = 1 МПа; D = 0,17 ÷ 0,23 м.

Коэффициент тактности принимается равным двум для 2-хтактных и четырем - для 4-тактных двигателей.

Среднее эффективное давление и средняя скорость поршня выбираются на основании опыта конструирования, доводки и эксплуатации существующих двигателей.

В зависимости от заданной мощности предварительно выбирается величина среднего эффективного давления по рисунок 1.

·   для 4-тактных дизелей C_m = 7,4-10,5 м/с;

·   для 2-тактных дизелей C_m = 7,2-8,3 м/с.

Двигатели с высокими значениями C_m характеризуются меньшими габаритами и массой. Для их изготовления применяются материалы повышенного качества и износостойкости, повышается класс точности изготовления дизелей, в процессе эксплуатации для смазки используются высококачественные сорта масел с присадками с тем, чтобы сохранить моторесурс на требуемом уровне. Поэтому по возможности выбирают меньшую скорость поршня.

Скорость поршня определяется из соотношения:

, м/с (3)

С учетом (2) эффективная мощность определяется:

, кВт (4)

Число цилиндров в тепловозных дизелях в зависимости от общей мощности, размеров цилиндра и тактности колеблется от 6 до 24 для 4-тактных и 10-16 для 2-тактных.

У 4-тактных двигателей, исходя из условий уравновешивания и необходимой равномерности крутящего момента, применяют четное число цилиндров (6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 и 24). При числе цилиндров от 6 до 8 обычно применяет рядное расположение. При числе цилиндров больше 8 переходят к V-образному их расположению.

Диаметры цилиндров построенных тепловозных дизелей изменяются в пределах:

- D = 0,170 ÷ 0,300 м для 4-тактных дизелей с нераздельной камерой сгорания;

Диаметр цилиндра выбирается приближенно в соответствии с рисунком 2 и должен соответствовать нормальному ряду диаметров: 0,130; 0,140, 0,150; 0,160; 0,170; 0,180; 0,190; 0,210; 0,230, 0,240; 0,250; 0,260; 0,280; 0,300, 0,320; 0,340 м.

Отношение хода поршня Sк диаметру D цилиндра для тепловозных дизелей находится в пределах:

·   S/D = 1,0-1,3 для 4-хтактных дизелей;

В двигателях средней быстроходности рекомендуется увеличенные отношения S/D, так как при прочих равных условиях с увеличением S/D уменьшается диаметр цилиндра, нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма, увеличивается высота камеры сгорания, что ведет к улучшению процесса сгорания, но при этом увеличивается высота двигателя.

Для быстроходных дизелей целесообразно снижать величину S/D для уменьшения средней скорости поршня и высоты двигателя. Однако с понижением S/D ухудшаются условия протекания процессов смесеобразования.

Определение основных размеров цилиндра двигателя и числа цилиндров рекомендуется производить в следующем порядке:

В соответствии с рекомендациями изложенными в п.1.1, выбирают ориентировочную величину среднего эффективного давления Р_е.

Задаются тремя-четырьмя значениями средней скорости поршня C_mi в диапазоне значений, рекомендованных в п. 1.1, с интервалом 0,5 м/с.

Для нескольких значений отношения (S/D)_j определяют диаметры цилиндров, соответствующие выбранным значениям средней скорости поршня и заданной угловой скорости коленчатого вала:

, м (5)

Для каждого вычисленного значения диаметра цилиндра по формуле (4) определяют число цилиндров проектируемого двигателя. Полученные значения диаметров и чисел цилиндров сводят в табл. 1.

Таблица 1

Определение диаметра и числа цилиндров

Для данной работы более приемлемы данные

Выбираем:

D = 0,21 м; z = 16; S = 0,21; С_m = 8,5 м/с.

Проверка:

 (6)

.

Уточненный ход поршня

По полученным геометрическим параметрам проектируемого дизеля D, S, Z определяют его основные габаритные размеры

Длина дизеля

, м (7)

где D- диаметр цилиндра, м;

К = Z - для рядных двигателей;

K = 0,5Z - для V - образных двигателей;

C = 1,0-2,5 м - линейный размер, зависящий от компоновки вспомогательного оборудования и агрегатов наддува двигателя.

Ширина двигателя

, м (8)

Здесь: S - ход поршня, м;

А = 5,0 - 8,0 - для V - образных двигателей.

 м.

Высота двигателя

, м (9)

где а = 5,0-7,0 - для V - образных двигателей;

 м.

После определения габаритных размеров дизеля производят проверку его размещения в кузове тепловоза.

Проверяют наличие необходимой ширины проходов по обе стороны от дизеля. От внешнего контура дизеля до боковых стенок кузова тепловоза должно быть 0,7 м на высоте груди человека (на расстоянии от настила 1,5 м), что обеспечивает нормальное и безопасное обслуживание дизеля.

В отдельных исключительных случаях допускается местное сужение прохода до 0,5 м.

Рисунок 3-