Проект дизельного форсированного двигателя ТМЗ-3ДФ мощностью 16 кВт

Перечень чертежей:

1. Диаграммы сил и моментов А1:

• Полярная диаграмма силы R_шш
• Фазы газораспределительного механизма
• Индикаторная диаграмма
• Диаграмма суммарного крутящего момента

2. Рабочий чертеж распределительного вала ТМЗ-450Д А3 с указанием кулачков впускного и выпускного клапана
3. Впускной клапан А4 с обозначением допусков
4. Чертеж наружной пружины впускного клапана А4, где выставлены размеры для справок и указаны технические данные:

• Направление навивки пружины – правое
• Число рабочих витков i_р = 9,08
• Число витков полное i_n = 11,08

5. Диаграммы впускного и выпускного клапанов А2:

• Диаграмма подъема впускного и выпускного клапанов
• Диаграмма изменения площади проходного сечения впускного и выпускного клапанов
• Диаграмма время-сечение впускного и выпускного клапанов

6. Сборочный чертеж поперечного разреза двигателя ТМЗ-450Д на формате А1

Дополнительные материалы: Пояснительная записка на 40 стр.

         В пояснительной записке были приведены исходные данные для расчета:  ДВС – прототип: ТМЗ – 450 Д, проектная эффективная мощность – 16 кВт, частота вращения колен вала – 3800 мин^-1, топливо: дизельное, ЦЧ 45, тактность – 4 .

Выполнен расчет рабочего цикла и определены основные геометрические параметры. Помимо основных исходных данных был задан ряд дополнительных параметров двигателя и рабочего цикла. Они приведены ниже.

1. Число цилиндров – 1
2. Диаметр цилиндра – 85 мм
3. Рабочий объем цилиндра – 454 см³
4. Ход поршня – 80 мм
5. Отношение хода поршня к его диаметру – 0,941
6. Среднее эффективное давление для 4-х тактных дизелей без наддува – 0,75 МПа
7. Эффективный КПД для дизелей без наддува – 0,39
8. Коэффициент наполнения для дизелей без наддува – 0,87
9. Степень сжатия для дизелей с неразделенной камерой сгорания – 19
10. Коэффициент избытка воздуха для дизелей с неразделенной камерой сгорания без наддува – 1,5
11. Показатель политропы сжатия в компрессоре равен нулю, т.к. наддув отсутствует – 0
12. Потеря давления в холодильнике турбокомпрессора равна нулю, т.к. наддув отсутствует – 0
13. Понижение температуры равно нулю, т.к. наддув отсутствует – 0
14. Параметр понижения давления на впуске – 3,2
15. Средняя скорость свежей смеси в проходных сечениях впускных клапанов – 100 м/с
16. Средняя скорость отработанных газов в проходных сечениях выпускных клапанов – 100 м/с
17. Степень подогрева заряда для дизельных двигателей без наддува – 25 К
18. Температура остаточных газов для дизелей – 880,17 К
19. Давление остаточных газов – 0,115 МПа
20. Среднее значение показателя политропы сжатия для дизелей с неразделенной камерой сгорания – 1,3490372807
21. Среднее значение показателя политропы расширения для дизелей с неразделенной камерой сгорания – 1,2790002348
22. Коэффициент эффективности сгорания топлива – 0,79

         Параметры дизельного топлива ЦЧ-45:

1. Содержание углерода – 0,86 кг
2. Содержание водорода – 0,13кг
3. Содержание кислорода – 0,01 кг
4. Молекулярная масса – 190 г/моль
5. Низшая теплота сгорания – 42500 кДж/кг
6. Коэффициент использования теплоты при расширении для дизеля средней быстроходности – 0,88
7. Степень повышения давления для дизеля с непосредственным впрыском – 2,0
8. Коэффициент полноты индикаторной диаграммы – 0,93
9. Коэффициенты, входящие в выражение, учитывающие механические потери для дизеля с неразделенной камерой сгорания А – 0,103, В – 0,0118

         Найдены: цилиндровая мощность N_ц = 16 кВт, литровая мощность N_вл0 = 23 кВт/л, диаметр цилиндра D₀₁ = 96,95 мм, ход поршня S₀₁ = 89,42 мм, эффективная литровая мощность N_вл = 22,64 кВт, среднее эффективное давление ρ_в = 0,7148 МПа, средняя скорость поршня C_т0 = 11,4 м/с, поршневая мощность N_п = 20,37 кВт/дм².

         Рассчитаны параметры рабочего тела, а именно:

1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива – 0,4945 кмоль/кг
2. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива – 14,45 кг/кг
3. Общее количество продуктов сгорания – 0,7746 кмоль/кг

         Определены процессы наполнения, сжатия и расширения. Произведены термохимический и термодинамический расчеты процесса сгорания. Вычислены индикаторные параметры рабочего цикла двигателя.

         Рассчитаны эффективные и удельные показатели, а также основные размеры двигателя.

         Построена индикаторная диаграмма. Найдены корректирующие показатели для скругленной диаграммы, а также среднее индикаторное давление по построенной диаграмме и выполнено его сравнение с теоритическим значением.

         Произведен расчет газораспределительного механизма. Даны исходные показатели:

• Диаметр цилиндра – 108,9 мм
• Ход поршня – 90 мм
• Угол открытия впускного клапана – 24° пкв
• Угол закрытия впускного клапана – 64° пкв
• Угол открытия выпускного клапана – 50° пкв
• Угол закрытия выпускного клапана – 22° пкв
• Частота вращения при номинальной мощности – 3800 мин^-1
• Скорость топливовоздушной смеси в проходном сечении седла при
• максимальном подъёме впускного клапана – 100 м/с
• Скорость отработавших газов в проходном сечении седла при
• максимальном подъёме выпускного клапана – 100 м/с

         Ниже приведены результаты расчета:

         Также определен подъем впускного и выпускного клапана. Построены диаграммы изменения площади проходного сечения, время-сечение, угловой скорости и углового ускорения.

         Вычислены средняя площадка впускного и выпускного клапана – F_{кл.ср.вп} = 626,14 мм², F_{кл.ср.вып} = 626,14 мм² и уточненное значение скорости газа через клапан – ω_{вп_ут} = 169,6 м/с, ω_{вып_ут} = 237,5 м/с.

         Определены основные параметры клапанного узла:

         Выполнен расчет клапанных пружин впускного клапана. Вот некоторые результаты расчета:

• Суммарная масса клапанного механизма, М_кл.вп = 233,64 гр
• Коэффициент запаса, К_вп = 1,35
• Максимальная сила упругости пружин, Р_{пр.вп.max} = 256,48 Н
• Минимальная сила упругости пружин, Р_{пр.вп.min} = 120,8 Н
• Жесткость пружин, С_вп = 12,487 кН/м
• Модуль упругости второго рода, G_вп = 8,1 МН/см²
• Наименьший зазор между витками пружин, ∆_min = 0,3 мм
• Коэффициент, учитывающий неравномерное распределение напряжений, k_вп = 1,17

         Также в пояснительной записке выполнены кинематический и динамический анализ КШМ.

         Описана компоновка двигателя. Компоновку форсированного дизельного двигателя ТМЗ-3ДФ производим согласно заданным параметрам двигателя прототипа ТМЗ-450Д, обеспечивая вышеизложенные конструктивные параметры основных деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Для полной и детально проработанной компоновки двигателя требуется расчет всех систем, входящих в силовой агрегат.

В программе: Компас 3Dv