Учебники 80372
.pdfМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
В. А. Жулай, В. Л. Тюнин, Д. Н. Дёгтев, Е. В. Кожакин
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН И КОМПЛЕКСОВ
Практикум
Утвержден учебно-методическим советом в качестве учебного пособия
Воронеж 2018
1
УДК 621.8 (07) ББК 39.311-06-5я7 Э651
Рецензенты:
кафедра «Производство, ремонт и эксплуатация машин» Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г. Ф. Морозова;
О. И. Поливаев, д-р техн. наук, проф. Воронежского государственного аграрного университета имени императора Петра I
Энергетические установки транспортнотехнологических машин и комплексов: практикум /
Э651 В. А. Жулай, В. Л. Тюнин, Д. Н. Дёгтев, Е. В. Кожакин; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет».– Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2018.
– 107 с.
ISBN 978-5-7731-0675-3
Практикум обеспечивает проведение комплекса лабораторных и практических работ по дисциплинам «Энергетические установки подъёмно-транспортных, строительных, дорожных средств и оборудования», «Двигатели внутреннего сгорания и силовое оборудование ПТСДМ», «Конструкция и основы расчета силовых агрегатов и энергетических установок».
Предназначен для студентов направлений 23.03.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства».
Ил. 33. Табл. 2. Библиогр.: 9 назв.
УДК 621.8 (07) ББК 39.311-06-5я7
ISBN 978-5-7731-0675-3 © ЖулайВ.А.,ТюнинВ.Л.,
Дёгтев Д. Н., Кожакин Е. В., 2018
©ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018
2
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемый практикум содержит 8 работ, направленных на изучение конструкции, принципа работы и определение основных параметров узлов и систем двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортнотехнологических машин и комплексов (механизмы: кри- вошипно-шатунный и газораспределительный; системы: питания дизельных и бензиновых двигателей, смазки, охлаждения, пуска и зажигания).
Каждая из работ содержит: цель работы, теоретические сведения, порядок проведения работы, форму отчёта, контрольные вопросы.
Приводимый материал сопровождается иллюстрациями, схемами, техническими характеристиками и расчётными зависимостями, позволяющими студенту понять назначение, теоретические аспекты и методику расчёта основных параметров механизмов и систем двигателей внутреннего сгорания и тем самым получить необходимые знания для формирования профессиональных и профессио-
нально-специализированных компетенций.
Настоящее издание предназначено для студентов направлений 23.03.02 «Наземные транспортнотехнологические комплексы», 23.03.03 «Эксплуатация
транспортно-технологических машин и комплексов» и
специальности 23.05.01 «Наземные транспортнотехнологические средства».
3
РАБОТА № 1
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ, ОБЩЕГО УСТРОЙСТВА И КИНЕМАТИКИ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
1.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение принципа действия и устройства кривошип- но-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания и проведение кинематического анализа данного механизма.
1.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) (рис. 1.1) [8] предназначен для преобразования возвратнопоступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из: цилиндров, поршней в комплекте с кольцами и пальцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками и маховика.
КШМ работает следующим образом. Давление газов, образовавшееся в результате сгорания топлива, воспринимается поршнем, через поршневой палец и шатун передаётся на коленчатый вал. Так же, при движении поршня в цилиндре совершаются все вспомогательные такты – впуск, сжатие, выпуск. Для равномерного вращения коленчатого вала, облегчения пуска двигателя и трогания с места машины на заднем конце устанавливают маховик.
В зависимости от положения оси цилиндра по отношению к оси коленчатого вала КШМ классифицируют на три типа: центральный механизм (рис. 1.2, а); дезаксиальный механизм(рис. 1.2, б);сприцепнымшатуном(рис. 1.2, в) [8].
4
Рис. 1.1. Кривошипно-шатунный механизм [8]:
1 – цилиндр; 2 – шатун; 3 – палец, 4 – кольца; 5 – поршень; 6 – маховик; 7 – коленчатый вал; 8 – подшипники
Рис. 1.2. Схемы кривошипно-шатунных механизмов: а – центральный; б – дезаксиальный; в – с прицепным шатуном [8]
5
Кривошипно-шатунный механизм называется центральным, если ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала.
Если ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала, то кривошипно-шатунный механизм называ-
ется дезаксиальным.
У некоторых V – образных двигателей (Д-12, Д-40, Д-49 и др.) применяется кривошипно-шатунный механизм с прицепным шатуном, у которого однако оси цилиндров пересекают ось коленчатого вала. При выполнении кинематических и динамических расчётов данного механизма с целью упрощения расчётов принимают, что движение поршня прицепного шатуна происходит по тому же закону, что и движение поршня главного шатуна.
Наиболее широкое применение получил центральный кривошипно-шатунный механизм, основными размерами которого являются: радиус кривошипа r, длина шатуна ℓ и ход поршня S=2r.
Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна из-
меняется в пределах |
r |
|
1 |
... |
1 |
. |
|
|
3,5 |
4,5 |
|||||
|
|
|
|
При постоянной угловой скорости вращения коленчатого вала ω скорость υ и ускорение поступательного движения поршня j непрерывно изменяются как по величине, так и по направлению.
Определение перемещений, скоростей и ускорений поршня при различных положениях кривошипа является задачей кинематического анализа кривошипно-шатунного механизма.
Исходные данные: номинальная частота вращения двигателяn, мин-1 (табл. П.1);радиус кривошипаr=2S, мм;S–ход поршня,мм(табл. П.1);длинашатуна ℓ,мм(табл.П.1).
6
Перемещение поршня. За исходное положение механизма для отсчёта углов принимается положение поршня в В.М.Т. Как следует из рис. 1.2, а, перемещение поршня Sх от верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней мёртвой точки (НМТ) при любом положении кривошипа определяется из выражения
Sх r ( cos rcos ), |
(1.1) |
где - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;- угол поворота коленчатого вала.
Для удобства изучения движения поршня выражение
(1.1) преобразуют, выражая перемещение Sх |
как функцию |
||||||||
только угла . Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sх r |
|
|
|
|
|
. |
(1.2) |
||
1 |
|
|
cos |
|
cos2 |
|
|||
|
|
||||||||
|
|
4 |
|
4 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
Скорость поршня. Зная уравнение перемещения поршня (1.2), можно найти выражение для скорости его
движения. Так как dSx , то после соответствующих dt
преобразований имеем
r (sin |
|
sin 2 ), |
(1.3) |
|
|||
2 |
|
|
|
где n - угловая скорость коленчатого вала, рад/с; 30
n - частота вращения коленчатого вала, мин-1.
Для сравнения быстроходности двигателей определяют условную среднюю скорость поршня:
7
ср |
S n |
. |
(1.4) |
|
|||
30 |
|
|
|
С достаточно для практики точностью можно считать, что максимального значения скорость поршня max
достигает при 900 , когда ось шатуна занимает положение, перпендикулярное к радиусу кривошипа.
Значение максимальной скорости можно приближённо принимать max 1,625 ср .
Ускорение поршня. По уравнению (1.3) находим выражение для определения ускорения поршня:
j |
d |
r 2 cos cos2 . |
(1.5) |
|
|||
|
dt |
|
|
Ускорение равно нулю, когда абсолютное значение скорости достигает максимума, т.е. при 750 .
Скорость или ускорение считаются положительными, если они направлены к центру кривошипа, а отрицательными – если они направлены от центра
1.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
При выполнении работы используются разрез двигателя, поршни, шатуны, коленчатый вал двигателя и плакаты, поясняющие устройство и работу кривошипношатунного механизма, штангенциркуль.
1.3.1. Изучить устройство и принцип работы криво- шипно-шатунного механизма, обращая внимание на конструктивные особенности, характер соединений и креплений отдельных элементов.
8
1.3.2.Начертить кинематическую схему кривошипношатунного механизма (см. рис. 1.1).
1.3.3.Провести кинематический анализ кривошипношатунного механизма, т.е. рассчитать перемещение, скорость и ускорение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала по формулам (1.1) – (1.5) и данным (табл. П.1) (марку двигателя выдаёт преподаватель).
1.3.4.По полученным расчётным данным построить графические зависимости перемещения, скорости и ускорения поршня и провести иханализ.
1.4. ФОРМА ОТЧЁТА
Работа №1
1.4.1.Наименование работы.
1.4.2.Цель работы.
1.4.3.Перечисление основных типов кривошипношатунных механизмов и характеристика области их применения.
1.4.4.Приведение кинематической схемы центрального кривошипно-шатунного механизма.
1.4.5.Параметры кинематического анализа КШМ.
1.4.6.Построение графических зависимостей кинематического анализа.
1.4.7.Выводы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Для чего предназначен кривошипно-шатунного механизм?
2.Начертите схему кривошипно-шатунного механизма и перечислите детали, которые входят в него.
9
3.Перечислите классификационные признаки криво- шипно-шатунного механизма.
4.Приведите расчётную формулу для определения перемещения поршня, постройте диаграмму перемещения поршня.
5.Приведите расчётную формулу для определения скорости движения поршня, постройте диаграмму скорости движения поршня.
6.Приведите расчётную формулу для определения ускорения поршня, постройте диаграмму ускорения поршня.
РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ, ОБЩЕГО УСТРОЙСТВА И КИНЕМАТИКИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение принципа действия и устройства механизмов газораспределения двигателей внутреннего сгорания и проведение кинематического анализа данного механизма.
2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Механизм газораспределения, или газораспределительный механизм (ГРМ), предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (в карбюраторных двигателях), воздуха (в дизелях) и выпуска отработавших газов. Работа ГРМ осуществляется в точном соответствии
10