книги из ГПНТБ / Сегаль В.Ф. Динамические расчеты двигателей внутреннего сгорания

Воснову подобных исследований этого вопроса, приведенных

вработе [15], было положено неудобное для вычислений выра­

жение для степени сжатия

Выражение для определения ф было упрощено и приведено к сле­ дующему виду:

Эта формула применяется на практике, по ней, например, с не­ значительным округлением были выбраны углы ф для прицепных шатунов Ѵ-образного двигателя типа М-50 и звездообразного двигателя типа М-503. Приведенные выше результаты, относя­ щиеся к выбору угла ф, подтверждают точность формулы (IV.61),

проста.

Недостатком этого раздела в работе [15] является чрезмерная сложность вычисления по формуле (IV.60), получающейся в дей­ ствительности степени сжатия и отсутствие указания на то, что наличие прицепного шатуна изменяет не только ход бокового поршня, но и высоту камеры сжатия.

Полученные выше формулы и графики позволяют по пяти без­ размерным параметрам К = R/L, = Rll, Я0 = r/l, у и ф криво­ шипно-шатунного механизма с прицепным шатуном находить про­ стым путем все геометрические величины, характеризующие этот механизм.

Найдем в заключение силы, передаваемые прицепным шатуном. Пользуясь рис. IV. 11, находим силы, действующие по прицепному

Здесь Р движущая сила, относящаяся к боковому цилиндру и определяемая по выражению (1.47) так же, как для главного

174

цилиндра. Особенность прицепного шатуна заключается в том, что сила, передаваемая им, вызывает изгиб центрального шатуна и дополнительную нормальную силу N't, действующую на основ­

давление на шарнир Ьг (это давление показано штрихами), вызы­ вает момент Рша1 , приложенный к центральному шатуну. Из усло­ вия равновесия последнего следует, что на кривошип в точке Ьх должна действовать сила, равная по величине N}, но направлен­ ная противоположно силе N't, приложенной в точке А, а также, что

Nt L cos ß -f- Р!ша = 0.

При написании последней зависимости учтено, что силы N ’t, приложенные к главному шатуну, направлены противоположно

Эти формулы, учитывающие прицепной шатун, аналогичны за­ висимостям (1.56), полученным для механизма с центральным ша­ туном.

175

Т А Б ЛИ Ц А 23

Безразмерные радиальная, тангенциальная и нормальная силы от бокового поршня и дополнительная безразмерная сила давления на гильзу главного цилиндра от прицепного шатуна

176

Эти функции называют безразмерными силами или, коэффи­ циентами сил; первые три из них аналогичны функциям (1.58) и переходят в последние при г = 0.

Можно отметить, что в работе [15], в которой подробно рас­ смотрено влияние прицепного шатуна, рекомендуется действую­ щие в механизме силы находить раздельно от давления газов и сил инерции. Последнее приводит к увеличению вычислений почти вдвое. Рациональнее находить все силы в зависимости от вели­ чины р°, в которой учитывается влияние сил инерции.

стрелки, поэтому их можно сравнивать с функциями, приведен­

рх = —0,04.

25.КИНЕМАТИКА И ИНДИКАТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

СРАСХОДЯЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ

Как видно из рис. IV. 13, у двигателя с расходящимися порш­ нями имеется один общий цилиндр, два поршня и два шатуна, соединенных с двумя параллельными валами.

В соответствии со своими назначениями нижний поршень на­ зывается выхлопным, а верхний продувочным. Ось верхнего КШМ повернута на 180° по отношению к нижнему. Верхний кривошип для обеспечения необходимой продувки отстает по отношению к нижнему на угол А, величина которого для реверсивных машин составляет 4—8°, а для нереверсивных примерно в два раза

За основную независимую переменную примем ав. При ра­ боте двигателя переменное расстояние между поршнями будет следующим (рис. IV. 13):

в. м. т., в которые оба поршня в силу условия (IV.69) одновре­ менно не попадают; Нк — расстояние между поршнями для услов­ ного положения поршней при ав = ап = 0.

меньшим. Это положение называется внутренней объемной мертвой точкой (в. о. м. т.). Поскольку иско­ мый угол а в будет при малом угле отставания Д также малым, приме­ ним для определения а в зависимость (1.12), которую запишем в следую­ щем виде:

Используя эту формулу и (IV.69), можно выражение (IV.70) предста­ вить в следующем виде:

Як + -у- [аі (1 + Лв) +

178

сто при следующих углах поворота кривошипов: ав= а* и а„ = = а в — А.

Наибольшее расстояние между поршнями следует ожидать при

Применяя для перемещений поршней общую формулу (1.8), в ко­ торой вместо а принимаем указанные выше углы поворота, полу­ чим для наибольшего расстояния между поршнями следующее выражение (рис. IV. 13):

Найдем далее формулы для определения перемещений поршней и расстояния между ними, необходимых для выполнения расчета

где а* и а* — в град.

Наименьшие абсолютное и безразмерное приведенные рас­

Величина # с связана с объемом камеры сжатия Ѵс зависи­

мостью (1.25).

Приведенное безразмерное расстояние между поршнями в мо­

Здесь /із.в.о. — суммарное безразмерное перемещение поршней от своих условных в. м. т. до момента закрытия выхлопных окон

Углы ав и ап должны соответствовать закрытию выхлопных окон. Для рассмотренного выше двигателя а в = 245° и ал = 236°. Пользуясь табл. 3, по формуле (IV.82) находим

йэ.в.о. = 1,5+1,63 = 3,13.

Так как сжатие начинается после закрытия выхлопных окон, то для степени сжатия можно написать [см. (IV.80) и (ІѴ.81)]

Отметим, что объем связан с соответствующим безразмерным

Последняя формула иногда применяется на практике, хотя она менее удобна, чем (IV.85). Выражением (IV.85) пользуются, когда определяют hK, обеспечивающее заданную степень сжатия е.

Для вычисления текущих значений давления в цилиндре пола­ гают, что вспышка происходит для положения в. о. м. т. Анало­ гично изложенному в п. 2 принимают, что

где hz — приведенное безразмерное расстояние между поршнями после предварительного расширения. Параметры Х,р и давление ра в начале сжатия принимают из теплового расчета.

Во время предварительного расширения безразмерное рас­ стояние между поршнями увеличится от величины /ік до вели-

180

чины hz, следовательно, суммарное перемещение поршней от их в. м. т. должно быть равным

Из этой зависимости можно найти соответствующие углы пово­ рота а в и а п.

Заменяя в (IV.87) первые два члена, ввиду малости углов а в и а п, их значениями согласно (IV.73) и (IV.69), получим следующее уравнение относительно а в:

(2 -|- Хв -|- Яп) ав— 2А (1 -f- К ) "Ь А (1 -|~ Я,п) — 2 (hz — hK) — О,

откуда

а = 2 + Ä-E+ ^п. b = 2А (1 -f- Яп) и

с = А2 (1 + Яп) — 2 (/гг — hK).

Вычисление давлений для текущего значения угла поворота ав укладывается в табл. 24. Значения относительных давлений для участков расширения и сжатия находятся соответственно по фор­ мулам:

В табл. 24 устанавливается связь между относительным давле­ нием в цилиндре, одинаковым для обоих поршней, их безразмер­ ными перемещениями и углами поворота ссв и ап соответствующих кривошипов. Эти данные позволяют непосредственно построить безразмерные индикаторные диаграммы для обоих поршней, ха­ рактер которых показан на рис. IV. 14 и IV. 15.

Рассмотрим подробнее рис. IV. 14. Руководствуясь табл. 24, устанавливаем, что при а в = 0, т. е. до положения в. о. м. т., относительное давление рв составляет 0,635, далее при увеличении

угла а в до 4° 35', т. е. до положения в. о. м. т., р°Г увеличивается

до значения — = 0,662. Затем после вспышки р° возрастает до

Pz

1 без изменения ав. Далее во время предварительного расшире­

ния угол ав увеличивается до 18° 30', а остается постоянным и равным единице. Далее идет процесс расширения с падением

величины рг до 0,018 при ав — 180°. В действительности из-за наличия окон давление упадет раньше. Для индикаторных диа­ грамм, предназначенных для прочностных расчетов, с вполне до­ статочной точностью можно считать, что на участке от 140 до 220° давление остается постоянным. Линия расширения на участке

181

120— 140° проводится приближенно. Точное построение выпол­ няют с учетом действительного газообмена. Процесс сжатия счи­ тают от момента з. в. о. (при а в ^ 245°) до положения в. о. м. т., величина р°г при этом

увеличивается от 0,0187

0,662. Анало­

гично можно проанали­ зировать рис. IV. 15.

Рис. IV. Ц. Безразмерная индикаторная диаграмма , для выхлопного вала

Из рассмотрения рис. IV. 14 и IV. 15 видно, что вся энергия, вырабатываемая в цилиндре двигателя с ПДП, распределяется между валами неравномерно. Это объясняется тем, что при равных

Рис. IV. 15. Безразмерная индикаторная диаграмма для продувоч­ ного вала

в цилиндре перемещение нижнего поршня z'z будет больше соответствующего перемещения верхнего поршня.

Пример 35. Определить основные кинематические параметры и построить индикаторные диаграммы для выхлопного и продувочного поршней двигателя

182

Т А Б Л И Ц А 24

Относительное давление в цилиндре с расходящимися поршнями

с расходящимися поршнями, показанного на рис. IV. 13, для следующих исход­ ных данных: Ав = 0,187; Хп = 0,231; Д = 9° = 0,157; е = 13,5. Углы, соответ­ ствующие з. в. о., ав = 240° и а п = 260°; R — 15 см; F = 415,5 см . По данным теплового расчета А, = 1,51; р = 1,28; ра = 2,05 кгс/см2; п1 = 1,37

183