Эффективная мощность дизеля. Частота вращения коленчатого вала. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

Исходные данные

Для расчёта двигателя по заданным значениям, необходимо знать все параметры двигателя-образца, которые берутся из задания:

N_е ^обр=2200  кВт – эффективная мощность дизеля;

D_П = 260 мм, S = 260 мм – диаметр и ход поршня;

n = 16,67 об/с – частота вращения коленчатого вала;

i = 16 – число цилиндров;

t = 4 – тактность дизеля;

h_м = 0,87 – механический к.п.д. двигателя;

a = 2,01 – коэффициент избытка воздуха ;

j_b = 1,05 – коэффициент продувки;

l = 0,185 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

e = 12,2 – степень сжатия;

b_e = 0,212 кг/(кВт·ч) – удельный эффективный расход топлива;

η_v = 0,87 – коэффициент наполнения;

р_z  = 11 МПа – наибольшее давление сгорания;

g = 0,03 - коэффициент остаточных газов;

x = 0,82 - коэффициент эффективного выделения теплоты;

n₁=1,37 – средний показатель политропы сжатия;

n₂=1,27 – средний показатель политропы расширения;

М_п = 32 кг, М_ш = 60 кг - масса поршня и шатуна.

Введение

Появление поршневых двигателей внутреннего сгорания во второй половине XIX в. было вызвано развитием промышленности, для которой требовался более совершенный двигатель, чем паровая машина, имевшая к. п. д. не более 0,14.

Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее распространенному и многочисленному классу тепловых двигателей, т. е. таких двигателей, в которых тепловая энергия, выделяющихся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию непосредственно внутри двигателя.

Поступательное движение через шатуны передается коленчатому валу, преобразуется во вращательное. Преобразование тепловой энергии в механическую сопровождается периодически (циклически) повторяющимися процессами:

а) горение и расширение, за время которого объем между поршнем и крышкой цилиндра увеличивается, и газами совершается полезная работа;

б) смены заряда путем выпуска газа через выпускные органы и впуска свежего заряда через впускные органы;

в) сжатия воздуха, осуществляемого уменьшением объема между поршнем и крышкой цилиндра.

В курсовом проекте уделено внимание расчету его основных параметров, построению векторной диаграммы, и определению сил действующих в кривошипно-шатунном механизме.

Все перспективные потребности железнодорожного транспорта в дизелях в диапазоне от 550 до 4400 кВт могут перекрываться единым мощностным рядом унифицированных четырехтактных дизелей, которые позволят заменить пять типов дизелей, получивших распространение на тепловозах советского производства.

Мощностной ряд унифицированных дизелей типа Д49 имеет многоцелевое назначение и разработан для улучшения структуры и организации дизельного производства на базе внутриотраслевой специализации с учетом перспективных потребностей в развитии типажа дизелей судовых, стационарных, для буровых установок и др.

Изменение номинальной агрегатной мощности различных моделей типа Д49 обеспечивается изменением числа кривошипов коленчатого вала от 4 до 10, числа цилиндров и компоновочных схем, степени газотурбинного наддува (со свободными турбокомпрессорами с последующим охлаждением или без охлаждения наддувочного воздуха). Возможность изменения номинальной частоты вращения от 750 до 1100 об/мин. Модификации этих дизелей в диапазоне мощности от 590 до 4400 кВт с 8, 12, 16 и 20 цилиндрами установлены на тепловозах и прошли эксплуатационную проверку и доводку.

Для наиболее форсированных модификаций предусматривается применение двухступенчатого наддува. Рабочий процесс дизелей Д49 отличается высокой экономичностью на режимах номинальной мощности. Однако требуется дальнейшее улучшение рабочего процесса, экономичности и уменьшения дымности этих дизелей во всем диапазоне эксплуатационных режимов и на переходных режимах.

В основу конструктивной компоновки всех модификаций дизелей типа Д49 положен V-образный отсек с унифицированными для всего мощностного ряда узлами цилиндро-поршневой группы, клапанного механизма, топливной аппаратуры и др.

Сварно-литая конструкция блока цилиндров дизеля Д49 образована из крупных унифицированных литых элементов картерной части, что позволяет при серийном производстве максимально механизировать его изготовление и обеспечивает производство остова для 8—20-цилиндровых модификаций дизелей из унифицированных элементов путем автоматической их сварки.

По результатам широкой длительной эксплуатации установочных серий тепловозов 2ТЭ116 и ТЭП70 в различных условиях дизели типа Д49 прошли модернизацию для повышения их надежности по основным элементам конструкции. Блоки цилиндров выполняют с плоским разъемом узла коренного подшипника. Чугунные литые коленчатые валы заменены стальными штампованными с противовесами, закрепленными на всех щеках . Для уменьшения прорыва газов в картер и снижения расхода масла установлены поршни повышенной газоплотности . Повышена жесткость нижней головки шатуна и перемычки под прицепной палец . Установлено комбинированное устройство для отстройки от резонанса или уменьшения напряжений на основе соединения силиконового демпфера с антивибратором .

Диаметр шатунной шейки уменьшен до 190 мм одновременно с увеличением рабочей ширины вкладыша с 110 до 120 мм, введением овальной расточки и смещенной маслораспределительной канавки вкладышей подшипника .Овальная расточка компенсирует неточности изготовления, рабочие и остаточные деформации постели. Исключение канавок и «холодильников» вблизи нагруженной зоны увеличивает несущую способность подшипника. Все это увеличивает минимальную толщину масляного слоя