Расчет показателей двигателя ЯМЗ-240Б

8,83-4,43=4,456МПа или 4,456/10=0,456МПа/град.

 

1.10. Тепловой баланс  двигателя

 

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливам:

Дж/с

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

 Дж/с

Теплота передаваемая окружающей среде:

где С – коэффициент пропорциональности (С=0,45…0,53), принимаем С=0,53;

 i – число цилиндров;

 D – диаметр цилиндра, см;

 n – частота вращения коленчатого вала, об/мин;

 m – показатель степени (m=0,6…0,7), принимаем m=0,65.

 Дж/с

Теплота, унесенная с отработавшими  газами:

где - теплоемкость отработавших газов, =27,786 кДж/кмоль;

   - теплоемкость свежего заряда, =21,612 кДж/кмоль;

 t_Г – температура отработавших газов, t_Г=577⁰С;

 t₀ – температура окружающей среды, t₀=20⁰ С

 М₁ – количество свежего заряда, кмоль; 0,52

 М₂ – количество продуктов сгорания, кмоль. 0,769

 Дж/с

Неучтенные потери теплоты:

 Дж/с

Составляющие теплового баланса  представлены в таблице 4.

 

Таблица 4- Тепловой баланс двигателя

Составляющие теплового баланса	Q, Дж/с	q, %
Эквивалентная эффективной работе	1810972	39
Передаваемая охлаждающей среде	106253	21
Унесенная с отработавшими газами	653000	37
Неучтенные потери	42000	3
Общее количество теплоты	989719	100

 

 

2. Расчет и построение регуляторной характеристики двигателя

 

На регуляторной характеристике наносится ряд кривых, показывающих, как меняются основные показатели двигателя: эффективная мощность N_е, крутящий момент М_е, число оборотов коленчатого вала n, удельный g_е и часовой G_Т расход топлива – в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы.

На оси абсцисс откладывают  значения частоты вращения коленчатого вала:

n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала, n_н=2200 об/мин;

n_хх – максимальная частота вращения холостого хода, она зависит от степени неравномерности работы регулятора и определяется по формуле:

 где - для дизельных двигателей, принимаем ;

об/мин

Текущее значение N_e на характеристики определяется по формуле:

где n_xi – текущее значение частоты вращения;

 N_exi – соответствующее ей эффективная мощность;

 

при 2000 оборотов кВт

Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5.

Текущее значения М_е на характеристики определяется по формуле:

где N_exi и n_xi – текущее значения эффективной мощности и частоты вращения.

при 1900 оборотов , Н м

Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5.

Текущее значение q_e на характеристики определяется по формуле:

 

где g_ен – удельный расход топлива при n_н;

 n_xi, g_exi – текущее значения частоты вращения и эффективного расхода топлива;

 

при 2000 об/мин г/кВт час

 

Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты  вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5.

Текущее значение G_T на характеристики определяется по формуле:

при 2000 об/мин кг/час

 

Аналогично рассчитываем при других текущих значении частоты  вращения коленчатого вала. Полученные значения заносим в таблицу 5.

Часовой расход топлива G_т на регуляторной характеристики растет по прямой от минимального значения G_т.х. соответствующего работе двигателя на режиме холостого хода (n_хх) до минимального G_т.н. при n_н. Часовой расход топлива определяется по формуле:

 кг/час

 

Таблица 5 - Значения параметров регуляторной характеристики

700	724	232	23,4	173
1600	1382	537	41,6	223,2
1700	1246	611	42,23	243
1800	1584	638	53,9	226,3
1900	11864	688	66,25	230,6

По полученным данным строим регуляторную характеристику.

 

3. Кинематика КШМ

 

3.1 Перемещение поршня

 

где R – радиус кривошипа, R=70 мм;

   - отношение радиуса кривошипа к шатуну, =0,272;

   угол поворота кривошипа от 0 до 360^0.

При =30^о мм

3.2 Скорость поршня

где R – радиус кривошипа в метрах;

   - угловая скорость.

при =30^о м/с

3.3 Ускорение поршня

где R – радиус кривошипа в метрах;

при =30^о

Аналогично определяем остальные значения и заносим  в таблицу 6.

 

Таблица 6- Результаты расчета кинематических параметров КШМ

	Перемещение, мм			Скорость, м/с			Ускорение м/с2
0	0	0	0	0	0	0	2744,28	724,48	3468
30	5,36	0,13	66,8	13,86	0,91	8,55	2376,54	362,24	2738
60	35	0,69	41	6,96	1,59	13,64	1372,14	-365,24	1020
90	70	6,8	92	12,05	-1,83	12,08	2744,28	-724,48	2041
120	105	0,69	105	13,9	1,583	10,4	-2376,54	-627,40	1749,5
150	9,38	0,43	126	12	-0,91	11,08	-2376,52	685,93	-1690,6
180	14	0	140	13,2	0,91	8,55	2744,23	692,5	2014,3
210	126	0,69	137	-6,96	1,584	-5,34	-2376,3	362,24	-2875,5
240	105	0,63	204	-12,05	-1,58	-10,41	-1372,1	-362,24	-1734
270	70	0,78	78	-13,86	-0,62	-13,23	0	-680,29	-680,8
300	350	0,69	37	-12	-1,58	-13,58	-1372,1	-362,24	1009,0
330	9,38	0,23	126	-6,93	-1,58	-8,51	-2376,5	-362,24	1749,2
360	0	0	0	0	0	0	0	0	0

 

4. Динамика КШМ

 

Во время работы двигателя детали кривошипно-шатунного механизма подвергаются действию сил, которые представлены на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 Схема действующих сил  в КШМ

 

Избыточное давление газов на поршень:

где - текущее давление газов, определяется с индикаторной диаграммы.

   - атмосферное давление, МПа.

при =0^о МПа

Аналогично определяем остальные значения и заносим  в таблицу 7.

Сила давления газов:

где D – диаметр цилиндра, м.

при =0^о кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим  в таблицу 7.

 

Центробежная сила инерции  от вращающихся масс:

 

где R – радиус кривошипа, м;

 m_S – масса, совершающая вращательное движение, сосредоточена в точке А, (рис.2);

 m_К – масса коленчатого вала, m_К=2,85 кг;

 m_Ш – масса шатуна, m_Ш=2,37 кг.

кг

кН

Сила инерции от возвратно-поступательных масс:

где j – ускорение поршня(таблица 6);

 m_j – масса, совершающая возвратно-поступательное движение, сосредоточена в точке С (Рис 2)

 m_П – масса поршня, m_П=1,9 кг.

кг

при =0^о кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим  в таблицу 7.

Суммарная сила, действующая  на поршень:

при =0^о кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

Определяем нормальную силу:

где - угол отклонение шатуна, ;

при =0^о кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим  в таблицу 7.

Определяем силу, направленную по оси шатуна:

при =0^о кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим  в таблицу 7.

Определяем радиальную силу, действующую в шатунной шейки:

кН

Аналогично определяем остальные  значения и заносим в таблицу 7.

Определяем радиальную силу, действующую в коренной шейки:

кН

Аналогично определяем остальные  значения и заносим в таблицу 7.

Определяем тангенциальную силу, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа:

кН

 

Аналогично определяем остальные  значения и заносим в таблицу 7.

Определяем результирующую силу, действующую  в шатунной шейке коленчатого  вала:

кН

Аналогично определяем остальные значения и заносим в таблицу 7.

 

 

Таблица 7- Результаты динамического  расчета параметров

		МПа	МПа	кН	кН	кН	кН	кН	кН	кН	кН	, кН
0	0	0,11	0,01	2,201	11,01	21,45	6,37	-10,9	-63,82	11	112	25,85
30	7,82	0,11	0,01	2,201	27,65	29,85	10,5	-6,8	-61,10	105	167,76	21,7
60	13,62	0,11	0,01	2,201	42,16	43,36	0	-0,9	0	0	105,6	16,1
90	15,78	0,11	0,01	2,201	-63,87	61,66	105,3	-2,23	-71,1	-105	-177	16,2
120	13,62	0,11	0,01	2,201	-15,29	13,08	-18,2	-0,25	40,9	-70,9	-146,11	19,4
150	7,82	0,11	0,01	0,689	31,93	32,61	-0	-0,23	-71,59	0	-34,74	21,1
180	0	1,186	0,013	0,689	17,808	18,78	-40,1	-6,42	40,96	52,1	-146,69	21,37
210	-7,82	0,92	0,37	0,689	50,38	51,06	105,2	-9,2	-61,08	-120	-16,54	24,4
240	-13,62	0,10	0,6	0,689	60,44	61,12	0	-8	0	0	-105,1	24,4
270	-15,78	1,07	0,97	0,247	-63,87	64,02	125,6	-3,2	-61	93,1	0	21,5
300	-13,62	1,98	1,83	0,247	89,04	89,68	-40,5	5,5	-40,9	80	44,8	24,8
330	-7,82	10,24	3,17	0,247	24,148	24,38	0	17	115	-41	64,03	13,5
360	0	5,78	7,72	0,247	87,16	87,4	55,8	62,3	19,3	71,7	231,17	47,35
390	7,82	3,1	2,1	0,198	12,45	42,64	61,8	9	54,6	70	125,82	9,2
420	13,62	1,18	0,93	0,198	89,04	89,23	0	1,64	0	80	51,59	14,4
450	15,78	0,66	0,26	0,198	-63,87	64,06	105,2	-1,4	-21,52	78,4	105,09	17
480	13,62	0,52	0,07	0,198	-15,291	15,48	37,02	-4,5	-69,88	72,9	-84,61	20
510	7,82	0,4	0	0,106	-24,14	24,03	0	-5,9	-55,4	-24	36,39	21
540	0	-0,39	-0,17	0,106	48,92	49,02	40,94	-4,7	-14	28,2	-50,94	19,65
570	-7,82	-0,39	-0,17	0,106	31,93	32,03	-15,3	-4,4	-144,86	-120,	-91,04	19,4
600	-13,62	-0,39	-0,17	0,106	31,94	32,04	0	-2,8	0	0	22,8	18
630	-15,78	-0,39	-0,17	0,011	63,87	63,98	61,59	-0,21	-12,26	24	-151,67	15,2
660	-13,62	-0,39	-0,17	0,011	89,04	89,15	-55,7	-1,4	-26,46	17,9	-118,3	17
690	-7,82	-0,39	-0,17	0,011	24,14	24,25	153,1	-8,2	-102,4	-78,5	208	24,2
720	0	-0,39	-0,17	0,011	30,58	30,69	0	-12,6	93	0	202,31	27,55