Введение 9
1. Обоснование схемы проектируемого двигателя и выбор аналогов 10
2. Согласование режимов работы турбокомпрессора и поршневой части ДВС 13
3. Тепловой расчет двигателя 20
3.1 Задание недостающих данных 20
3.2 Вывод к тепловому расчету 25
4. Кинематический и динамический расчеты двигателя 26
4.1. Кинематический расчет двигателя 26
4.2. Динамический расчет двигателя 27
4.3. Выводы 31
5. Уравновешивание двигателя 32
6. Расчет на прочность основных деталей двигателя 34
6.1. Расчет поршневой группы 34
6.1.1. Прочностной расчет поршня 35
6.1.2. Прочностной расчет поршневых колец 37
6.1.3. Прочностной расчет поршневого пальца 39
6.2. Вывод 41
7. Описание конструкции двигателя 42
8. Исследовательская часть 43
8.1 Профилирование кулачков с плоским толкателем 45
8.2 Профилирование кулачков с роликовым толкателем 48
Заключение 50
Список использованной литературы
Двигатели внутреннего сгорания принадлежат к наиболее распространённому типу тепловых двигателей, то есть таких двигателей, в которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую.
Газовый двигатель - особый вид двигателя внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе, работающий по циклу Отто. Чаще всего газовые двигатели работают на метане, но есть и другие, работающие на попутных (нефтяных), сжиженном, доменных, генераторных и других видах газообразного топлива.
Применение газа позволяет избежать излишнего износа деталей, так как газообразное топливо лучше смешивается с воздухом. Также газовые двигатели более экономичны, так как газ стоит дешевле нефти и легче добывается.
К несомненным преимуществам двигателей на газе стоит отнести безопасность и бездымность отработавших газов, что делает их незаменимыми при использовании на погрузчиках в больших складах, а также под землей и на общественном транспорте.
По большей части любой бензиновый ДВС может стать универсальным, если поставить на него газовое оборудование. Любую машину российского производства, как правило, легко переоборудовать на газ, при условии грамотного подхода.
У газовых двигателей есть один существенный недостаток. При понижении температуры окружающего воздуха, давление в баллоне падает и автомобиль невозможно завести, поэтому чаще всего применяются гибридные установки - газ/бензин. Заводится машина с бензина, а затем переключается на газ.
Однако не только бензиновый, но и дизельный двигатель можно перевести на газ, для этого дизель снабжается системой зажигания.
Газовый двигатель, переоборудованный из дизельного наиболее полно раскрывает все плюсы использования газа, так как степень сжатия в дизелях намного выше.
Цель работы: разработать газовый двигательУ8 ЧН 12,0/13,0 с номинальной мощностью Ne=400 л.с. при ne=1900 мин-1. Двигатель должен соответствовать экологическим нормам EURO-5. В качестве топлива используется компримированный природный газ.
Задачи: для достижения поставленной цели необходимо провести расчеты:
— поиск и анализ аналогов проектируемого двигателя;
— тепловой расчет и согласование ТКР с поршневой частью ДВС;
— кинематический, динамический, а также прочностной расчеты деталей двигателя;
— увеличение ресурса пары кулачок-толкатель.
В ходе расчетов по данному дипломному проекту было проведено согласование ТКР поршневой частью ДВС, в результате которого был выбран один турбокомпрессор типа ТКР 8.
Также был проведен тепловой расчёт двигателя с помощью программы NKIK., в результате которого мощность двигателя составила Ne= 294 кВт при частоте вращения коленчатого вала 1900 мин-1, максимальный крутящий момент Ме = 1350 Н м при частоте вращения коленчатого вала 1200 мин-1, минимальный удельный расход топлива ge= 225 г/кВт ч, коэффициент приспособляемости Кт = 1,23 скоростной коэффициент Кс = 0,63, литровая мощность Nen= 25 кВт/л, удельная поршневая мощность Nen= 32,39 кВт.
«КамАЗ-830.13» iVh'= 11,756 см3. У расчетного двигателя: рабочий объём, номинальная мощность, литровая мощность и номинальная частота вращения аналогичны, максимальный крутящий момент меньше на 1,9%, удельный расход топлива на номинальном режиме меньше на 2,2% коэффициент приспособляемости больше на 2,5% и проектируемый двигатель соответствует более высокому экологическому классу Евро-5.
Далее были проведены кинематический и динамический расчеты двигателя, в результате которых были получены зависимости от угла поворота коленчатого вала различных параметров: перемещения, скорости и ускорения поршня; газовых и инерционных сил, действующих на КШМ; сил, действующих на шатунные и коренные шейки коленчатого вала. По результатам этих расчетов была построена диаграмма износа шатунной шейки, по которой был определен угол расположения оси масляного отверстия и проведены расчеты на прочность.
Также были проведены анализ уравновешенности двигателя и расчет массы противовесов.
Были проведены расчёты на прочность основных деталей двигателя, которые показали, что при выбранных материалах и размерах элементов деталей на расчетных режимах в основном напряжения не превышают допустимых, а запасы прочности соответствуют современным требованиям. Однако необходимы дополнительные мероприятия с целью снижения удельных давлений в бобышках поршня, в парах палец - поршневая головка шатуна и поршень - стенка цилиндра, а также напряжения овализации пальца.
В рамках исследовательской части был проведен расчет профиля кулачков для плоского и роликового толкателей, после, проанализировав и сравнив, сделан вывод, что по многим показателям плоский толкатель уступает роликовому.
Были проведено планирование расчетных исследований. По результатам расчетов сделаны выводы.
