2.4 Розрахунок робочого циклу

2.5 Розрахунок та побудова індикаторної діаграми

Ординати точок політропи стиснення та розширення обчислюють за наступними формулами:

– для процесу стиснення:

– для процесу розширення:

де V/V_c = ε_x - відношення об'ємів, яке представляє собою поточне значення ступеня стиснення.

Дані для розрахунку та побудови індикаторної діаграми:

Показник політропи стиснення n1	1,365
Показник політропи розширення n2	1,290
Тиск кінця стиснення pc, МПа	5,076
Максимальний тиск згоряння pz, МПа	6,091
Ступінь попереднього розширення ρ	1,695
Ступінь стиснення 	12

Таблиця 2.1 – Результати розрахунків для побудови індикаторної діаграми

V/Vc	pсж	pрасш
1,00	6,09
1,00	5,08	6,09
1,70	2,47	6,09
2,21	1,72	4,33
2,73	1,29	3,30
3,24	1,02	2,64
3,76	0,83	2,18
4,27	0,70	1,85
4,79	0,60	1,60
5,30	0,52	1,40
5,82	0,46	1,24
6,33	0,41	1,11
6,85	0,37	1,01
7,36	0,33	0,92
7,88	0,30	0,84
8,39	0,28	0,77
8,91	0,26	0,72
9,42	0,24	0,67
9,94	0,22	0,62
10,45	0,21	0,58
10,97	0,19	0,55
11,48	0,18	0,52
12,00	0,17	0,49
12,00		0,17

3. Розрахунок динамічних зусиль діючих у кшм

При вивченні динамічних явищ у ДВЗ у першу чергу розглядають сили від тиску газів Р_г і сили інерції P_j. Сумарна сила є рушійна сила:

Р_руш = P_г + P_j.

При повороті колінчастого валу сумарна сила може бути розкладена на складові (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Схема сил, що діють у кривошип­но-шатунному механізмі

Припустимо, що сумарна сила Р_руш давить вниз на поршень і лінія дії збіга­ється з віссю циліндра. Розкладемо цю силу на дві складові, одну з яких Q на­правимо по осі шатуна, іншу N перпендикулярно осі циліндра. Бічна сила N притискає поршень до тієї чи іншої стінки циліндра

N = Р_руш * tg 

Сила Q діє по шатуну, чи розтягуючи стискаючи його, і передається на ша­тунну шийку кривошипа:

Q = Рруш /cos .

Перенесемо силу Q по лінії її дії і допустивши, що вона прикладена до кри­вошипа, повторимо операцію розкладання. У той же час опори дви­гуна спримають перекидаючий момент

М_пер = -N * h,

де h = г sin(+ B)/sin β

Перекидаючий момент у точності дорівнює крутному моменту зі зворот­ним знаком.

У результаті дії на опори двигуна перекидаючого моменту в них розвиваєть­ся рівний йому і протилежний за знаком реактивний момент.

Напрямку сил і моменту, що крутить, по годинній стрілці прийнято вважати позитивними. Зворотні ним - негативними.

Для одержання кількісних величин сил, що діють у КШМ, використовують індикаторну діаграму, за допомогою якої визначають силу тиску газів при будь-якому положенні кривошипа, і аналітичні залежності для визначення сил інерції. Силу інерції, що діє на поршень, знаходять на підставі рівняння друго­го закону Ньютона:

Pj=-m_sj а

Як масу m_s беруть масу всіх деталей, що разом з поршнем роблять зворот­но-поступальний рух.

Аналіз виконаних конструкцій д. в. с. показує, що на частку маси, віднесеної до осі поршневого пальця, приходиться 0,25-0,33 загальної маси деталей групи шатуна, а 0,75 - 0,67 приходиться на частку маси, що робить обертальний рух разом із кривошипом. Таким чином, сила інерції деталей, що рухаються разом з поршнем,

Pj = - m_s· rω² (cos φ +λ cos2 φ).

де m_s - маса деталей групи поршня і частина маси деталей групи шатуна, ві­днесена до осі поршневого пальця.

Задача даного розділу є визначення сил, що діють у КШМ, а також побу­дова графіків зміни цих сил по куту повороту колінчатого валу.

Таблиця 3.1 – Вхідні дані по розрахунку діючих зусиль

Діаметр поршня	м	D	0,12
Частота обертання КВ	хв-1	n	1500
Максимальний тиск згоряння	МПа	Рz	6,091
Тиск на початку стиску	МПа	Pa	0,171
Тиск наддуву	МПа	Pk	0,18
Тиск залишкових газів	МПа	Pг	0,4
Кривошипно-шатуне відношення			0,235
Маса деталей, що рухаються возвратно-поступово	кг	m	5
Радіус кривошипа	м	r	0,07
Ступінь стиснення			12
Показник політропи стиснення		n1	1,365
Показник політропи розширення		n2	1,26
Ступінь попереднього розширення			1,695
Кількість циліндрів		i	6

Розрахунок виконаний за допомогою програми Excel і представлений в таблиці 3.2–3.3. За даними розрахунку будуються діаграми зображені на рис. 3.2 – 3.4.

Таблиця 3.2 – Результати динамічного розрахунку

j°	Pr	Pj	Pdv	N	Z	T
0	0,1800	-0,9425	-0,7625	0,0000	-0,7625	0,0000
15	0,1800	-0,8925	-0,7125	-0,0434	-0,6770	-0,2263
30	0,1800	-0,7506	-0,5706	-0,0674	-0,4605	-0,3436
45	0,1800	-0,5397	-0,3597	-0,0603	-0,2117	-0,2970
60	0,1800	-0,2919	-0,1119	-0,0231	-0,0360	-0,1085
75	0,1800	-0,0422	0,1378	0,0318	0,0049	0,1413
90	0,1800	0,1794	0,3594	0,0860	-0,0860	0,3594
105	0,1800	0,3529	0,5329	0,1231	-0,2568	0,4828
120	0,1800	0,4713	0,6513	0,1344	-0,4420	0,4968
135	0,1800	0,5397	0,7197	0,1207	-0,5942	0,4235
150	0,1800	0,5713	0,7513	0,0887	-0,6950	0,2988
165	0,1800	0,5819	0,7619	0,0464	-0,7479	0,1524
180	0,1710	0,5838	0,7548	0,0000	-0,7548	0,0000
195	0,1738	0,5819	0,7557	-0,0460	-0,7419	-0,1511
210	0,1829	0,5713	0,7541	-0,0890	-0,6976	-0,3000
225	0,1997	0,5397	0,7393	-0,1240	-0,6105	-0,4351
240	0,2275	0,4713	0,6988	-0,1442	-0,4743	-0,5331
255	0,2726	0,3529	0,6255	-0,1445	-0,3014	-0,5668
270	0,3469	0,1794	0,5263	-0,1260	-0,1260	-0,5263
285	0,4747	-0,0422	0,4325	-0,0999	0,0154	-0,4436
300	0,7087	-0,2919	0,4168	-0,0860	0,1339	-0,4040
315	1,1695	-0,5397	0,6298	-0,1056	0,3706	-0,5200
330	2,1187	-0,7506	1,3681	-0,1615	1,1041	-0,8239
345	3,8284	-0,8925	2,9359	-0,1788	2,7896	-0,9326
360	5,0825	-0,9425	4,1400	0,0000	4,1400	0,0000
375	6,0910	-0,8925	5,1985	0,3166	4,9394	1,6513
390	5,2804	-0,7506	4,5298	0,5347	3,6556	2,7280
405	3,0510	-0,5397	2,5113	0,4212	1,4779	2,0736
420	1,9215	-0,2919	1,6296	0,3363	0,5236	1,5794
435	1,3274	-0,0422	1,2852	0,2969	0,0459	1,3183
450	0,9938	0,1794	1,1732	0,2809	-0,2809	1,1732
465	0,7956	0,3529	1,1484	0,2653	-0,5534	1,0406
480	0,6732	0,4713	1,1445	0,2362	-0,7768	0,8731
495	0,5968	0,5397	1,1364	0,1906	-0,9383	0,6688
510	0,5502	0,5713	1,1215	0,1324	-1,0375	0,4461
525	0,5252	0,5819	1,1070	0,0674	-1,0867	0,2214
540	0,5172	0,5838	1,1011	0,0000	-1,1011	0,0000
555	0,4000	0,5819	0,9819	-0,0598	-0,9639	-0,1964
570	0,4000	0,5713	0,9713	-0,1147	-0,8985	-0,3863
585	0,4000	0,5397	0,9397	-0,1576	-0,7759	-0,5530
600	0,4000	0,4713	0,8713	-0,1798	-0,5914	-0,6646
615	0,4000	0,3529	0,7529	-0,1739	-0,3628	-0,6822
630	0,4000	0,1794	0,5794	-0,1387	-0,1387	-0,5794
645	0,4000	-0,0422	0,3578	-0,0826	0,0128	-0,3670
660	0,4000	-0,2919	0,1081	-0,0223	0,0347	-0,1048
675	0,4000	-0,5397	-0,1397	0,0234	-0,0822	0,1153
690	0,4000	-0,7506	-0,3506	0,0414	-0,2830	0,2112
705	0,4000	-0,8925	-0,4925	0,0300	-0,4680	0,1564
720	0,4000	-0,9425	-0,5425	0,0000	-0,5425	0,0000

Таблиця 3.3 – Результати розрахунку сумарних дотичних сил

з°	ТE						ТE	ТсрE
	Номер циліндра
	1	2	3	4	5	6
0	0,0000	0,4968	-0,5331	0,0000	0,8731	-0,6646	0,1722	0,8083
15	-0,2263	0,4235	-0,5668	1,6513	0,6688	-0,6822	1,2683	0,8083
30	-0,3436	0,2988	-0,5263	2,7280	0,4461	-0,5794	2,0236	0,8083
45	-0,2970	0,1524	-0,4436	2,0736	0,2214	-0,3670	1,3397	0,8083
60	-0,1085	0,0000	-0,4040	1,5794	0,0000	-0,1048	0,9623	0,8083
75	0,1413	-0,1511	-0,5200	1,3183	-0,1964	0,1153	0,7074	0,8083
90	0,3594	-0,3000	-0,8239	1,1732	-0,3863	0,2112	0,2334	0,8083
105	0,4828	-0,4351	-0,9326	1,0406	-0,5530	0,1564	-0,2408	0,8083
120	0,4968	-0,5331	0,0000	0,8731	-0,6646	0,0000	0,1722	0,8083
							6,4661	0,8083

Рисунок 3.4 – Зміна сумарних дотичних сил T від кута заклинки колінчастого валу