МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет Институт транспорта Кафедра « Эксплуатация и обслуживание

транспортных и технологических машин»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе

«РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ»

Выполнили:

студенты гр. ОТС-06-1

Д.В. Григорьев

И.Я. Тимканова

Д.А. Королев

Ф.Р. Акбердеева

Г.Р. Лукманова

Проверил:

к.т.н., доцент Г.В. Штайн

Тюмень 2009 г.

Тема курсовой работы утверждена распоряжением директора

института транспорта № от _________________

Состав К. Б. и распределение обязанностей

Фамилия И.О.	Должность	Ответственный за раздел
Григорьев Д.В.	Руководитель К.Б.	Все разделы
Тимканова И.Я.	Инженер-аналитик	Аналитический обзор. Техническое задание. Конструктивные решения механизмов и деталей двигателя
Королев Д.А.	Инженер-программист	Компьютерное обеспечение. САПР ДВС: Компас-3D. Математическое моделирование расчетов: оптимальный поиск решения
Акбердеева Ф.Р.	Инженер-расчетчик	Тепловой, кинематический, динамический расчеты двигателя
Лукманова Г.Р.	Инженер-конструктор	Эксплуатационные характеристики двигателя и их анализ. Расчет деталей на прочность, материалы, термообработка. Компоновка двигателя. Рабочие чертежи деталей

ЗАДАНИЕ

На курсовую работу по учебной дисциплине

Конструкция и основы расчета энергетических установок ТТО

Студентам: Григорьеву Д.В., Королёву Д.А., Лукмановой Г.Р., Тимкановой И.Я., Акбердеевой Ф.Р.

выполнить расчет двигателя

по следующим данным

Бульдозер. Класс тяги – 100 кН

Содержание пояснительной записки

1. Аналитический обзор

2. Тепловой расчет

3. Построение индикаторной диаграммы

4. Расчет и построение эксплуатационной характеристики двигателя

5. Кинематический расчет двигателя

6. Динамический расчет двигателя

7. Компоновка двигателя

8. Индивидуальное задание

Содержание графической части

1. Результаты расчета двигателя – Ф А1

2. Компоновка двигателя – Ф А1

3. Индивидуальное задание – Ф А3

Дата выдачи задания_______________________________

Дата сдачи курсовой работы________________________

Руководитель_____________________________________

1. Аналитический обзор

Бульдозер используется для разравнивания и перемещения грунта, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов. С их помощью производят планировку строительных площадок, возведение насыпей, разработку выемок и котлованов, нарезку террас на косогорах, копание траншей под фундаменты и коммуникации, засыпку рвов, ям, траншей, котлованов и пазух фундаментов зданий, расчистку территорий от снега, камней, кустарника, строительного мусора. Бульдозеры широко используются в строительном производстве, что определяется простотой их конструкции, надежностью и экономичностью в эксплуатации, высокой производительностью, мобильностью и универсальностью.

В качестве аналогов современных бульдозеров нами было обращено внимание на бульдозер отечественного производства «ЧЕТРА Т15» и «Komatsu D85EX-15».

Технические характеристики бульдозера «ЧЕТРА Т15»:

двигатель – ЯМЗ-238 НД-4-1;

мощность двигателя (кВт/лс) – 175/238;

масса агрегата (кг) – 28020.

Технические характеристики бульдозера «Komatsu D85EX-15»:

двигатель – Komatsu SA6D125E-3;

мощность двигателя (кВт/лс) – 179/243;

масса агрегата (кг) – 21040.

Основная цель при выборе двигателя - максимальная надежность при минимальных эксплуатационных расходах.

В качестве прототипа нами был выбран двигатель ЯМЗ-238 НД-4-1 с номинальной мощностью 176,5/238 (кВт/Лс). Обоснование своего выбора начнем с обзора продукции Ярославского моторного завода.

Двигатели ЯМЗ – часть продукции, выпускаемой этим заводом. Они имеют огромный ассортимент, поэтому их устанавливают на самые разные виды техники. Среди этой техники автобусы и трактора, автомобили и комбайны. Для каждого вида нужен свой тип двигателя, с определенной мощностью и определенным объемом. А если учесть, что разновидностей тех же автобусов или автомобилей очень много, то двигатели ЯМЗ должны иметь очень большой ряд наименований. Это так и есть: моторный завод справляется с поставленной задачей и продукция этого предприятия известна далеко за пределами Ярославской области. Помимо двигателей Ярославский моторный завод выпускает еще и запчасти к ним, которые также пользуются неизменным спросом.

В настоящее время, осваивается и производится ряд высококачественных агрегатов, которые полностью соответствуют и сертифицируются по международным нормативным положениям ЕиКО-1. Среди которых, можно отметить, такие двигатели как, ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240, ЯМЗ-850, ЯМЗ-7511 и многие другие, входящие в это семейство узлов и механизмов.

Рассмотрим характеристики и области применений некоторых наиболее популярных моделей агрегатов:

Двигатель ЯМЗ-236 - представляет собой, шестицилиндровый мотор, имеющий два типа исполнения с и без турбонаддува и стандартный типоразмер 140×130 мм, рабочий объем 11,15 литра. Агрегат исполнен с V-образным расположением цилиндров, прямым впрыском топлива и жидкостным охлаждением. Используется в автомобилях и автобусах («ЛАЗ», «ЛиАЗ», «ЗИЛ», «МАЗ», «Урал»), в строительной технике (ЭО, ЕТ, ДУ, А120 и прочее), а также в сельхоз машинах («ХТЗ», «ЛТЗ», «Дон», «Енисей», «Простор»);

Двигатель ЯМЗ-238 - изготовлен в виде V-образного восьмицилиндрового двигателя с объемом 14,86 л и общепринятым типоразмером 130×140 мм. Может быть исполнен как с турбонаддувом, так и без него, при этом имеет непосредственный впрыск топлива и жидкостное охлаждение, предназначен для оснащения техники с большим потреблением мощности, чем двигатель ЯМЗ-236, а также в катерах речного и морского судоходства. Ресурс 238 ЯМЗ > 5000 м/ч - наибольший среди российских аналогов.

Применяемость данного двигателя на различной спецтехнике в РФ обеспечивает практически 100% ремонтопригодность в любых условиях;

Двигатель ЯМЗ-240 - двенадцатицилиндровый V-образный двигатель (130×140 мм) с рабочим объемом 22,3л, непосредственным впрыском топлива и жидкостным охлаждением. Предназначен для оснащения карьерных БелАЗов с грузоподъемностью 30 – 42т.;

Двигатель ЯМЗ-850 - представляет собой, агрегат с размерностью 140×140 мм, объемом 25,86л и V-образно расположенными 12-ю цилиндрами. При этом имеет непосредственный впрыск топлива, жидкостное охлаждение и турбонаддув. Широкое применение получил при оснащении карьерных самосвалов БелАЗ с грузоподъемностью 70 – 95т, в колесных тягачах КЗКТ и МЗКТ, в колесных и гусеничных бульдозерах, а также в других видах погрузочной и строительной техники, где требуется большая мощность дизельного мотора;

Особое внимание следует обратить на двигатель ЯМЗ-650.

ЯМЗ-650 – новое семейство тяжелых рядных дизельных двигателей «Группы ГАЗ». Его прототипом стал двигатель DCi11 компании «Renault Trucks», лицензию и права на доработку которого «Группа ГАЗ» приобрела в 2006 году. Серийный выпуск нового двигателя, который получил название ЯМЗ-650, начался на ОАО «Автодизель» осенью 2007 года из комплектующих мировых производителей.

Двигатели семейства ЯМЗ-650 отличаются современной конструкцией, высоким качеством сборки и комплектующих, что обеспечивает их гарантированный ресурс на уровне 1 млн. километров. Экономическая эффективность использования этих моторов повышается благодаря топливной экономичности, достигнутой одновременно со значительным – свыше 300 кг - снижением массы по сравнению с применяющимися в настоящее время двигателями.

В базовый французский двигатель был внесён ряд конструктивных изменений. Это, прежде всего, внедрение системы топливоподачи Common Rail System 2, производства “Robert Bosch”. Работа системы основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (Common Rail в переводе общая рампа). Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля. Благодаря высокой точности электронного управления и высокому давлению впрыска, сгорание топлива в цилиндре двигателя происходит с максимальной отдачей, что соответствует оптимальной работе двигателя. И на каждом из режимов работы двигателя достигаются оптимальные результаты.

Потребительские характеристики нового ЯМЗ-650 выгодно отличают его от всех серийно выпускаемых в России дизелей аналогичного мощностного диапазона.

Технические характеристики двигателей ЯМЗ-238 НД-4-1 (прототип), проектируемый, ЯМЗ-650:

	Прототип (ЯМЗ-238 НД-4-1)	Проектируемый	ЯМЗ- 650
Мощность ДВС(кВт)	176,50	177,95	303
Номинальная частота вращения коленчатого вала(об/мин)	2100	1900	1900
Тип двигателя	дизельный
Число и расположение цилиндров	V8			Р6
Размерность S*D	140*130	123*132	156*123
Тип камеры камеры сгорания	неразделенная
Число одноименных клапанов и их привод	8			12
Тип охлаждения ДВС	жидкостное
Наличие наддува	с наддувом
Степень сжатия ДВС	16,5	15,88	16,4
Рабочий объем цилиндров Vh(л)	14,86	12,48	11,12
Литровая мощность	11,88	14,26	27,25
Экологические показатели	Евро-2	Евро-4	Евро-3
Эффективный удельный расход топлива(г/кВТ*ч)	238	233,68	193

Безусловно, двигатель ЯМЗ-650 является наиболее привлекательным при выборе прототипа. Однако, учитывая требуемую мощность для нашего двигателя – 177,95 кВт, а также «опыт» работы двигателя ЯМЗ-238 НД-4-1 на бульдозере ЧЕТРА Т15, в качестве прототипа нами был выбран именно этот двигатель.

В результате теплового расчета мы получили двигатель ЯМЗ – 238 (проектируемый), применив конструктивные изменения двигателя ЯМЗ – 238 НД-4-1 (прототип). Вследствие этого из табл. 1 можно сделать вывод, что в двигателе изменился ряд характеристик (номинальная мощность, номинальная частота вращения, размерность S*D, степень сжатия и т. д.) стал менее объемным (уменьшились значения диаметра цилиндра, рабочего объема цилиндров). При этом повысилась топливная экономичность. Значит, двигатель стал более экономичным.

2. Тепловой расчет

1. Расчет процессов впуска и выпуска

а) Задаемся значениями: Т₀; р₀; Т_r; р_r; Т; _r; р_а.

Температура То и давление ро окружающей среды принимаются в соответствии со стандартными атмосферными условиями: То=273+25=298 К; ро=0,1 Мпа.

Температура Тr и давление рr остаточных газов зависят от частоты вращения и нагрузки двигателя, сопротивления выпускного тракта, способа наддува.

pr = 0,9р_к = 0,9 * 0,17 = 0,157 МПа

давление наддувочного воздуха:

рк = 1,7р₀ = 1,7·0,1 = 0,17 МПа

Температуру остаточных газов (Т_r) принимаем 750К.

Температуру подогрева свежего заряда (ΔТ) принимаем 5 град.

Давление в конце впуска (р_а ) принимаем из следующего соотношения:

р_а=р_к- р_а = 0,1744 - 0,0105=0,1639 МПа

Потери давления (р_а) за счет сопротивления впускного тракта:

р_а =0,06· рк = 0,06·0,1744=0,0105 МПа

б) Определяем величины: _r (коэффициент остаточных газов), (температура конца наполнения) и(коффициент наполнения) по следующим формулам:



=

Температура воздуха за компрессором:

=

где - показатель политропы сжатия в компрессоре, принимается 1,7.

в) В зависимости от принятого значения коэффициента избытка воздуха (=1,8) определяем массу свежего заряда, введенного в цилиндры двигателя (ориентировочно):

М₁ =  l_о / 29 кмоль

l_o = 14,5 кг. воздуха / кг. топлива – для дизеля;

Масса воздуха в кмолях: L_o =l_o/29. (29 –масса 1 кмоль воздуха).

М₁=1,8·14,5/29=0,9 кмоль