Описание
Разработан проект дизельного двигателя для автомобиля малого класса мощность 90 кВт, с разработкой системы выпуска.
Описано назначение потребителя мощности, его технологический цикл, условия работы, требования к проектируемому двигателю. Осуществлен подбор аналогов. Приведено обоснование выбора исходной конструкции. Выявлены технико-экономические резервы. Проведен анализ патентной документации. Рассмотрен предлагаемый вариант решения задания. Представлены исходные данные для расчета.
В конструкторской части выполнены патентно-информационный обзор, тепловой, кинематический, динамический расчеты, расчет деталей на прочность. В патентно-информационном обзоре проведен анализ систем выпуска. На основе результатов патентного поиска предложена собственная схема решения. В тепловом расчете получены индикаторные и эффективные показатели двигателя, определены геометрические размеры цилиндра, проведен расчет теплового баланса и внешних скоростных характеристик. В кинематическом расчете определены ход, скорость и ускорение поршня, по полученным данным построены графики. В динамическом расчете определены силы, действующие на элементы КШМ двигателя и крутящий момент. В расчете на прочность произведен расчет поршневой и шатунной группы.
В технологической части разработан технологический процесс изготовления распределительного вала. Составлен маршрут механической обработки детали
Выполнен расчет тепловой, а именно рассчитаны: параметры рабочего тела, параметры окружающей среды и остаточные газы, температура и давление остаточных газов, процесс впуска, процесс сжатия, процесс сгорания, процесс расширения, индикаторные параметры рабочего цикла. Построена индикаторная диаграмма двигателя. Составлен тепловой баланс. Построена внешняя скоростная характеристика. Приведены кинематический и динамический расчеты двигателя. Рассчитаны основные детали двигателя на прочность: поршень, поршневые кольца и поршневой палец. Определена шатунная группа: поршневая головка шатуна, кривошипная головка шатуна и стержень шатуна. Представлен расчет корпуса двигателя и выполнено проектирование системы выпуска.
В ВКР дано описание служебного назначения детали. Приведены технические требования на изготовление детали и техническая характеристика материала. Проведен анализ технологичности конструкции детали и дана оценка технологичности детали. Осуществлен подбор заготовки. Рассмотрена технология обработки. Рассчитаны припуски и предельные размеры по технологическим переходам на обработку. Определены режимы резания. Выполнен расчет норм времени для обработки детали. Осуществлен расчет коэффициента загрузки оборудования.
В процессе разработки технико-экономического обоснования проекта были рассчитаны затраты на проектирование нового двигателя, себестоимость разрабатываемого агрегата. Произведен расчет отпускной цены двигателя. Определен годовой экономический эффект при эксплуатации проектируемого устройства по сравнению с аналоговым ДВС.
В разделе БЖД дипломного проекта исследованы вопросы безопасности, предъявляемые к оборудованию, меры, принимаемые для снижения неблагоприятного воздействия шума и вибрации, а также безопасности работы за фрезерным станком с ЧПУ и пути их решения. Оценена эффективность снижение выбросов двигателей внутреннего сгорания от применения системы. Проведено количественное и качественное сравнение технических решений по уровню достижения эффекта от использования разработанной системы выпуска с трехкомпонентным нейтрализатором, направленных на повышение экономических и экологических показателей при низком проценте выброса вредных веществ, особенно окиси азота, а также улучшения кинематических и динамических параметров.
В части графической выпускной квалификационной работы представлены чертежи: продольного и поперечного разрезов двигателя, деталей поршень и шатун, а также технологических наладок.
Проект выполнен на высоком техническом уровне. Тема проекта актуальна. Грамотно составлено содержание разделов. Проведено объемное патентное исследование, достаточно глубоко и в большом объеме выполнено описание разрабатываемого двигателя, проведены теоретические расчеты разрабатываемой системы.
Основным достоинством проекта является то, что была разработана система выпуска для дизельного двигателя; выполнено проектирование сажевого фильтра оригинальной конструкции; проведены прочностные расчеты основных деталей в среде Simulation приложение SolidWorks.
Все расчеты выполнены грамотно, на основе действующих нормативных документов. Графическая часть проекта и пояснительная записка выполнены аккуратно. На хорошем уровне разработана технологическая часть, сделано результативное технико-экономическое обоснование. Выработаны мероприятия по безопасности жизнедеятельности.
Выписка из пояснительной записки дипломной работы:
Патентный анализ показывает, что существующие конструкции системы выпуска двигателей внутреннего сгорания обладают существенными недостатками и требуют доработки. В результате патентно-информационного обзора была выбрана конструкция системы выпуска двигателя внутреннего сгорания, недостатком которой является то, что деформацию коллектора сдерживают только детали крепления. Для уменьшения этого недостатка система выпуска отработавших газов были выполнены силовые элементы на головке цилиндров.
Задачей данного раздела пояснительной записки является произвести тепловой расчет проектируемого двигателя. Двигатель, работающий со степенью сжатия 18 должен развивать мощность 90 кВт при номинальном числе оборотов коленчатого вала 4300 мин-1.
При выполнении расчетов использована методика, изложенная вкниге «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» А.И. Колчин, В.П. Демидов. Все расчеты были выполнены в программе Mathcad15. Результирующие расчетные графики представлены на графических листах в приложение.
Данные для расчета:
-частота вращения коленчатого валаn=4300 〖мин〗^(-1);
– степень сжатияε=18;
– количество цилиндров (расположение)i=4 (рядное);
-количество тактовτ=4;
– коэффициент избытка воздухаα=1,7;
Элементарный состав жидкого топлива:
-топливо-дизельное;
– углеродC=0,870;
– водород H=0,126;
– кислородO= 0,004;
– давление окружающей среды〖 p〗_0=0,1 МПа;
– температура окружающей средыT_0=293 К;
– мощность двигателя〖 N〗_e=90 кВт.
Исходные данные для расчета, а также тепловой и динамический расчеты, произведены по известным зависимостям [3].
Построение индикаторной диаграммы ДВС производится в координатах р-V (давление – объем) или р-S (давление-ход поршня) на основании данных расчета рабочего процесса. В начале построения на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабеMs , который в зависимости от величины хода поршня принимаем 1:1.
Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания:
ОА=АВ/(ε-1)=265/(19-1)=14,7 мм;
z’z=OA(ρ-1) =15(1,21-1)=3 мм.
Построение политроп сжатия и расширения осуществляем аналитическим методом. Точки политроп приведены в таблице 1.
Определение точек политроп сжатия и расширения аналитическим методом.
|
№ точки
|
x, мм
|
OB/Ox
|
Политропа сжатия
|
Политропа расширения
|
|
px, МПа
|
|
px, МПа
|
|
|
1
|
5,0
|
17,08
|
51,65
|
8,47
|
38,70
|
22,40
|
|
|
2
|
1,8
|
4,8
|
6,86
|
1,12
|
5,90
|
3,42
|
|
|
№ точки
|
x, мм
|
OB/Ox
|
Политропа сжатия
|
Политропа расширения
|
|
px, МПа
|
|
px, МПа
|
|
3
|
0,2
|
2,9
|
4,30
|
0,70
|
3,80
|
2,20
|
|
4
|
8,6
|
2,3
|
3,10
|
0,50
|
2,80
|
1,60
|
|
5
|
7,0
|
1,9
|
2,40
|
0,40
|
2,20
|
1,20
|
|
6
|
5,4
|
1,6
|
1,90
|
0,30
|
1,80
|
1,04
|
|
7
|
3,8
|
1,4
|
1,58
|
0,25
|
1,50
|
0,87
|
|
8
|
2,2
|
1,2
|
1,30
|
0,20
|
1,20
|
0,69
|
|
9
|
0,6
|
1,1
|
1,10
|
0,18
|
1,12
|
0,60
|
|
10
|
9,0
|
1,0
|
1,00
|
0,16
|
1,00
|
0,58
|
1.10 Тепловой баланс
Тепло, выделяющееся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, не может быть полностью преобразовано в полезную механическую работу. В термодинамическом цикле эффективность превращения тепла в работу оценивается термическим КПД, который всегда остается меньше 1 вследствие передачи части тепла холодному источнику. В реальном двигателе потеря тепла возрастают из-за трения, теплообмена, неполноты сгорания и других причин.
Рисунок 1.7 – Индикаторная диаграмма двигателя
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1с
Теплота, передаваемая охлаждающей среде:
Коэффициент пропорциональности для 4-тактных двигателей
Показатель степени для 4-тактных двигателей
Теплота, унесенная с отработавшими газами:
Средняя мольная теплоемкость отработавших газов C:
при α=1,8 и t=0 :
при α=1,8 и t=100 :
при α=1,8 и t=600 :
при α=1,8 и t=700 :
Неучтенные потери теплоты:
1.11 Построение внешней скоростной характеристики
Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале частот вращения коленчатого вала:
отnmin = 600 мин-1 до nmax = 4300 мин-1 (значение = 4300 мин-1),
где – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.
Расчетные точки кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива определяются по следующим зависимостям:
– номинальная мощность двигателя
где и – номинальная эффективная мощность и частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности; и – номинальная эффективная мощность и частота вращения коленчатого вала в искомой точке скоростной характеристики двигателя.
Точки кривой эффективного крутящего момента определяют по формуле
Точки кривой среднего индикаторного давления находят по формуле:
где – величина среднего эффективного давления рассчитываемых точек, определяемая по формуле:
– среднее давление механических потерь, определяемое в зависимости от типа и конструкции двигателя.
Для четырехтактных дизелей с неразделёнными камерами справедлива формула
где – средняя скорость поршня, которая находится по формуле
где S – ход поршня
Расчетные точки индикаторного крутящего момента можно определить по формуле
Удельный эффективный расход топлива в искомой точке скоростной характеристики определяется по формуле
где – удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности
Часовой расход топлива определяется по формуле
Коэффициент избытка воздуха определяется по формулеРасчеты внешних скоростных характеристик двигателя приведены в таблице 2.
