← До каталогу
Проект 4 тактного газового двигуна та дільниці складання поршня з розробкою його конструкціїПерегляд документа
100%
Сторінка 1 / 55Перегляд дипломного проєкту
Інформація про дипломний проєкт та текст для пошуку

Проект 4 тактного газового двигуна та дільниці складання поршня з розробкою його конструкції

Автор: Андрій ТЕЛЯТНИК. Спеціальність: 133-Галузеве машинобудування. Освітня програма: Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння.

Відокремлений структурний підрозділ «ПЕРВОМАЙСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова» Відділення «Двигуни та автомобілі» Циклова комісія «Обслуговування автомобілів та виробництво двигунів» Допущений до захисту Голова циклової комісії _________ Алла НЕРУБАЩЕНКО « ___» ___________ 2024 р. Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи (дипломного проєкту) фаховий молодший бакалавр (освітньо-кваліфікаційний ступінь) на тему: Проект 4 тактного газового двигуна та дільниці складання поршня з розробкою його конструкції Виконав: здобувач освіти 4 курсу, групи 431-ВД-20 Галузь знань: 13 Механічна інженерія Спеціальність: 133 Галузеве машинобудування Освітньо-професійна програма: Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння _______________________________ (підпис) Керівник _________ (підпис) Андрій ТЕЛЯТНИК (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Федір БЕЛЬСЬКИЙ (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Консультант з економічного розділу __________________ Ірина КАПАЦИНА (підпис) Нормоконтролер __________________ ( підпис) Рецензент__________ (підпис) Дата захисту ______________ (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Ігор КОВАЛЕНКО (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Ігор КОВАЛЕНКО (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Оцінка за захист ____________________ Первомайськ – 2024 року Відокремлений структурний підрозділ «ПЕРВОМАЙСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова» Відділення: «Двигуни та автомобілі» Циклова комісія: «Обслуговування автомобілів та виробництво двигунів» Освітньо-кваліфікаційний ступінь: фаховий молодший бакалавр Галузь знань: 13 Механічна інженерія Спеціальність: 133 Галузеве машинобудування Освітньо-професійна програма: «Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння» ЗАТВЕРДЖУЮ Голова циклової комісії «Обслуговування автомобілів та виробництва двигунів» _________________ Алла НЕРУБАЩЕНКО “____” _________________ 2024 року З А В Д А Н Н Я НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ (ДИПЛОМНИЙ ПРОЄКТ) ЗДОБУВАЧЕВІ ОСВІТИ Андрію ТЕЛЯТНИКУ (ім’я,ПРІЗВИЩЕ) 1.Тема проєкту: Проєкт 4 тактного газового двигуна та дільниці складання поршня з розробкою його конструкції керівник проєкту: Бельський Ф.В. затверджені наказом вищого навчального закладу від “15” березня 2024 р. № 35-у 2. Строк подання здобувачем проєкту 14.06.2024 р. 3. Вихідні дані до проєкту: Потужність Ре = 600 кВт, Частота обертання колінчастого валу n = 750 хв-1, ступень стиску Е = 10,5 Розробити технологічний процес складання: поршня Річне завдання 1800 шт. Режим роботи: І зміна 4.Зміст розрахунково – пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити) 1. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ 1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна 1.2 Розрахунок індикаторної діаграми 1.3 Аналіз ефективних показників проєктованого двигуна й прототипу 1.4 Розрахунок сил що діють у КШМ двигуна 1.5 Розробка конструкції деталі, вузла, системи 1.5.1 Призначення, описування та обґрунтування проєктованої системи вузла, деталі 1.5.2 Вибір матеріалу, визначення розмірів і розрахунок на міцність деталі, вузла 1.5.3 Пропозиції по удосконаленню проєктованої системи, конструкції, вузла, деталі 2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ 2.1 Вибір обладнання, пристроїв, інструменту 2.2 Визначення технічної норми часу 2 3. ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ 3.1 Визначення потрібної кількості працівників і площі дільниці 4. ОРГАНІЗАЦІЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ ТА ПРОТИПОЖЕЖНИЙ ЗАХИСТ 4.1 Техніка безпеки та протипожежний захист на дільниці складання 4.2 Розрахунок освітлення на дільниці складання ЛІТЕРАТУРА ДОДАТКИ 1. Технологічний процес складання поршня 2. Специфікації складальних креслень 5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень) Аркуш 1 Повздовжній розріз двигуна 6ГЧН 25/34 ф. А1 Аркуш 2 Складальне креслення поршня ф.А1 6. Консультанти розділів проєкту Розділ Ім’я, ПРІЗВИЩЕ та посада консультанта Організаційноекономічний Ірина КАПАЦИНА – викладач відділення «Економіки та права» Підпис, дата завдання видав завдання прийняв 7. Дата видачі завдання: 22.04.2024 р. КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН Назва етапів дипломного проєкту № з/п 1 2 3 4 5 6 7 8 Строк виконання етапів проєкту Розділ 1 29.04.2024 р. Розділ 2 06.05.2024 р. 10.05.2024 р. 14.05.2024 р. Розділ 3 Розділ 4 Перевірка проєкту на плагіат 20.05.2024 р. 27.05.2024 р. 03.06.2024 р. Оформлення проєкту 12.06.2024 р. Аркуш 1 Аркуш 2 Здобувач освіти _____________ Андрій ТЕЛЯТНИК Керівник проєкту _____________ Федір БЕЛЬСЬКИЙ ( підпис ) ( підпис ) (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) Примітка ЗМІСТ 1. Конструкторський розділ 4 1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна 4 1.2 Розрахунок індикаторної діаграми 18 1.3 Аналіз ефективних показників проектованого двигуна і прототипу 22 1.4 Динамічний розрахунок двигуна 26 1.5 Розробка конструкції поршня 32 1.5.1 Призначення, описування та обґрунтування 32 1.5.2 Розрахунок поршня 36 1.5.3 Пропозиції по удосконаленню поршня 40 2. Технологічний розділ 43 2.1Вибір обладнання, пристроїв та інструменту 43 2.2 Визначення технічної норми часу 43 3. Організаційно - економічний розділ 45 3.1 Визначення потрібної кількості працівників і площі дільниці 45 4. Організація охорони праці та протипожежний захист 48 4.1 Техніка безпеки та протипожежний захист на дільниці складання 48 4.2 Розрахунок освітлення на дільниці складання 49 Література 52 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Перевір. Телятник А.С. Бельський Ф.В. Н. Контр. Коваленко І.М. Затверд. Нерубащенко А. Розроб. Підпис Дата Пояснювальна записка Літ. Арк. Аркушів 2 53 ВСП ПФК НУК ДОДАТКИ Додаток А Складальне креслення двигуна 6ГЧН 25/34 Додаток Б Специфікація складального креслення двигуна 6ГЧН25/34 Додаток В Складальне креслення поршня Додаток Г Специфікація складального креслення поршня Додаток Д Технологічний процес складання поршня ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 3 1 КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ 1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна 1.1.1 Умова завдання: Ефективна потужність Pe= 600 кВт Частота обертання колінчастого валу n= 750 хв-1 Ступінь стиску ε= 10,5 Коефіцієнт тактності Z= 4 1.1.2 Вихідні дані теплового розрахунку. Коефіцієнт надлишку повітря α= 1,75 [1] Тиск наддуву PB= 190 кПа [1] Тиск навколишнього середовища Pa= 100 кПа [2] Температура навколишнього середовища Ta= 293 К [2] насосу nk= 1,6 [2] Підігрів свіжого заряду ΔT= 10 К [2] Тиск залишкових газів Pr= 183 кПа [2] Температура залишкових газів Tr= 750 К [1] Ступінь підвищення тиску λ= 2,15 [2] стиску n1= 1,34 [2] розширення n2= 1,23 [2] Коефіцієнт використання теплоти в точці “Z” ξ z= 0,8 [2] Коефіцієнт повноти індикаторної діаграми ξ= 0,96 [2] Нижча теплота згорання газу QH= 33500 кДж/м3 [ 2 ] Показник політропи стиску для відцентрового Середнє значення показника політропи: ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 4 Природний газ: Склад: в% в об’ємних долях Метан CH4= 95 RCH4= 0,95 Етан C2H6= 2 RC2H6= 0,02 Пропан C3H8= 2 RC3H8= 0,02 Бутан C4H10= 1 RC4H10= 0,01 Пентан C5H12= 0 RC5H12= 0 Вуглекислота CO2= 0 RCO2= 0 Оксид вуглецю CO= 0 RCO= 0 Азот N2= 0 RN2= 0 Кисень O2= 0 RO2= 0 Водень H2= 0 RH2= 0 1.1.3 Параметри робочого тіла. Теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1кмоля газу. L0 = L0 = 1  0,5(CO + H 2 ) + (n + 0,25m)Cn H m − O2  =, кмоль кмоль 0,21 (1.1) 0,5(0 + 0) + (1 + 0.25  4)  0.95 + (2 + 0.25  6)  0.02 +  1  = 10,17 кмоль  кмоль + ( 3 + 0 . 25  8 )  0 . 02 + ( 4 + 0 . 25  10 )  0 . 01 − 0 0,21   Загальна кількість продуктів свіжого заряду. M 1 = 1 +   L0 , кмоль (1.2) кмоль M 1 = 1 + 1.75  10,17 = 18,79 кмоль кмоль Кількість окремих компонентів продуктів згорання. Кількість CO2 : M CO = CO + (nCn H m ) + CO2 , кмоль 2 (1.3) M CO = 0 + ((0,95) + (2  0,02) + (3  0,02) + (4  0,01)) + 0 = 1,09кмоль 2 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 5 M H O = H 2 + (0,5mCn H m ), кмоль Кількість H 2 O : 2 (1.4) M H O = 0 + ((0,5  4  0,95) + (0,5  6  0.02) + (0,5  8  0,02) + (0,5  10  0,01)) = 2,09кмоль 2 M O = 0,21 ( − 1)  L0 , кмоль Кількість O2 : 2 (1.5) M O = 0,21 (1,75 − 1)  10,17 = 1,6013кмоль 2 M N = 0,79    L0 + N 2 , кмоль Кількість N 2 : 2 (1.6) M N = 0,79  1,75  10,17 + 0 = 14,055кмоль 2 Загальна кількість продуктів згоряння M 2 = M CO + M H O + M O + M N = 1,09 + 2,09 + 1,601 + 14,055 = 18,837кг / кмоль (1.7) 2 2 2 2 Змінення об’єму при згорянні 1 кмоль газу. M = M 2 − M 1 , кмоль (1.8) M = 18,837 − 18,79 = 0,045кмоль Теоретичний коефіцієнт молекулярної зміни. 0 = 0 = 1.1.4 M2 , M1 (1.9) 18,837 = 1,0024 18,79 Параметри процесу наповнення Температура повітря після нагнітача. nk −1  P  nk TB = Ta   B  , K  Pa  (1.10) 1, 6 −1  190  1,6 TB = 293   = 372,7 K   100  ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 6 Температура повітря після охолоджувача. ( Tint = TB − 10 − 70 0 ) (1.11) Приймаємо число з інтервалу = 60 Tint = 372,7 − 60 = 312,7 K Температура газоповітряної суміші. Tñì = Tñì = Tã +   L0  Tint ,K 1 +   L0 (1.12) 310 + 1,75  10,17  312,7 = 319,6 K 1 + 1,75  10,17 де Tr = 310K - температура газу що поступає. Коефіцієнт залишкових газів. r = Tñì + T Pr  , Tr   Pd − Pr де Pd = 0,95  PB тиск в кінці впуску. (1.13) (1.14) Pd = 0,95  190 = 180,5 кПа r = 319,6 + 10 183  = 0,047 310 10,5  180,5 − 183 Коефіцієнт наповнення. ÔÑ = ÔÑ =  Pd TCM  ,  − 1 PB TCM + T +  r Tr  (1.15) 10,5 180,5 319,6   = 0,92 10,5 − 1 190 319,6 + 10 + 0,047  750 Температура газоповітряної суміші на початку стиску. Td = Tñì + T +  r  Tr ,K 1+  r ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.16) Арк. 7 Td = 319,6 + 10 + 0,047  750 = 348,5K 1 + 0,047 1.1.5 Параметри процесу стиску. Тиск в кінці стиску. Pc = Pd   n , кПа 1 (1.17) Pc = 180,5  10,51,34 = 4215,7кПа Температура в кінці стиску. Tc = Td   n1 −1 , K (1.18) Tc = 348,5  10,51,34−1 = 775,1K 1.1.6 Параметри процесу згоряння Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни. = = 0 +  r , 1+  r (1.19) 1,0024 + 0,047 = 1,0023 1 + 0,047 Максимальна температура циклу знаходиться з рівняння балансу:   22,4  QH =   mCvm t z − (mCvmñì )t c , (1 +  r )(1 +   L0 ) z (1.20) Склад продуктів згорання в об’ємних долях: RCO2 = RCO2 = MCO2 , M2 1,09 = 0,0579 18,837 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.21) Арк. 8 R H 2O = RO2 = MO2 , M2 (1.23) 1,6013 = 0,0850 18,837 RN2 = RN 2 = (1.22) 2,09 = 0,111 18,837 R H 2O = RO2 = MH 2 O , M2 MN 2 , M2 (1.24) 14,055 = 0,7462 18,837 Мольна теплоємкість продуктів згорання: mCvm = RO2  mCvO2 + RN2  mCvN2 + RH 2O  mCvH 2O + RCO2  mCvCO2 , (1.25) для O2 : mCvO = 23,664 + 159,1 10 −5  t Z , (1.26) для N 2 : mCvN = 22,374 + 134  10 −5  t Z , (1.27) для CO2 : mCvCO = 41,34 + 242,8 10 −5  t Z , (1.28) для H 2 O : mCvH O = 26,67 + 443,8 10 −5  t Z , (1.29) 2 2 2 2 Після підстановки одержимо рівняння mCvm = a + b  10 −5  t z (1.30) a = 23,664  RO + 22,374  RN + 41,3405  RCO + 26,67  RH O (1.31) b = 159,1 RO2 + 134  RN2 + 242,8  RCO2 + 443,8  RH 2O (1.32) 2 2 2 2 де a = 22,29 b = 598,73 теплоємкість газового палива: ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 9 mCv ÃÏ = RCH4  mCvCH4 + RC2 H 6  mCvC2 H 6 + RC3 H8  mCvC3 H8 + RC4 H10   mCvC4 H10 + RC5 H12  mCvC5 H12 + RCO2  mCvCO2 + RN 2  mCvN 2 (1.33) mCvCH4 = 26,314 + 2600  10 −5  t c , (1.34) mCvC2 H 6 = 41,004 + 7964  10 −5  t c , (1.35) mCvC3H8 = 60,04 + 11382  10 −5  t c , (1.36) mCvC4 H10 = 67,128 + 11920  10 −5  t c , (1.37) mCvC5 H12 = 118,06 + 14096  10 −5  t c , (1.38) mCvCO2 = 27,545 + 1386  10 −5  t c , (1.39) mCvN2 = 20,637 + 255  10 −5  t c , (1.40) Після підстановки одержимо рівняння. mCv ГП = a + b 10 −5  t z , (1.41) де a = 12,99 b = 5501,79 Мольна теплоємкість газово-повітряної суміші при постійному об’ємі. mCvñì = mCv ÃÏ + mCvïîâ    L0 + mCv ìå   r (1 +   L0 ) , (1 +   L0 )  (1 +  r ) (1.42) Після підстановки одержимо рівняння. mCvñì = a1 + b1  10 −5  t z , (1.43) де a1 = 20,09 b1 = 495,96 mCvïîâ = 22,7 + 129,8  10 −5  t c - мольна теплоємкість повітря. (1.44) Середня мольна теплоємкість газоповітряної суміші при постійному тиску. mCvmñì = a 2 + b2  10 −5 Ò , 2 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.45) Арк. 10 Після підстановки одержимо рівняння: mCvmñì = a2 + b2  10 −5  T (1.46) де a2 = a1 b2 = b1 2 (1.47) a2 = 20,09 b2 = 495,96 = 247,98 2 Мольна теплоємкість продуктів згорання при постійному тиску в точці “Z”. mCpZ = 8,314 + 19,86 + 1,68  184,36  −5 +  427,38 +   10 TZ ,     (1.48) Після підстановки одержимо рівняння. mCvñì = a3 + b3  10 −5  TZ . (1.49) де a3 = 29,134 b3 = 532,729 Середня мольна теплоємкість продуктів згорання при постійному тиску в точці “Z”. mCpmZ = a 4 + b4  10 −5 TZ , 2 (1.50) де a4 = a3 (1.51) b3 2 (1.52) b4 = a4 = 29,134 b4 = 532,729 = 266,364 2 Максимальна температура процесу згорання. Після підстановки одержимо квадратне рівняння: ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 11 A  10 −5  t Z2 + B  t Z − c = 0 , (1.53) − B + B 2 + 4  A  10 −5  c 0 tZ = , C 2  A  10 −5 (1.54) де A = 266,974 B = 29,201 C = 50007,38 Звідки: − 24,3051 + 24,30512 + 4  183,173  10 −5  50007,38 tZ = = 1505,4 0 C −5 2  266,974  10 (1.55) TZ = t z + 273 = 1505,4 + 273 = 1778,4K Максимальний тиск згорання. Pmаа =   Pc  TZ TC , кПа Pmаа = 1,0023  4215,7  1778,4 (1.56) 775,1 = 9694,1кПа Ступінь підвищення тиску  = Pmax P , (1.57) c  = 9694,1 4215,7 = 2,30   100% = 6,95 %  =  (2,30 − 2,15) 2 , 30   Δλ повинна бути в межах 10% Ступінь попереднього розширення. = =   TZ ,   Tc 1,0023  1778,4 =1 2,3  775,1 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.58) Арк. 12 1.1.6 Параметри процесу розширення. Ступінь подальшого розширення.  ,  = (1.59) = 10,5 = 10,5 1 PB = Pmax Тиск в кінці розширення. n , кПа (1.60) 2 9694,1 = 537,6кПа 10,51, 23 PB = Температура в кінці розширення. Tâ = Tâ = TZ  n −1 2 , (1.61) 1778,4 = 1035,5K 10,51, 23−1 Середня температура випускних газів. Tср.г. = Tср.г. = TB  P  1 + (K  − 1) r   K  PB  (1.62) 1035,5  183  ( ) 1 + 1 , 35 − 1 = 827,8K 1,4  190  де K  = 1,4; K  = 1,35 - емпіричні коефіцієнти. Температура залишкових газів. Tr = Tr = TB PB 3 Pr 1035,5 190 3 183 , = 723K ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.63) Арк. 13 Tr3 − Tr Перевірка: Tr3 100% , 750 3 − 723 750 3 (1.64)  100% = 3,6% 1.1.7 Індикаторні показники робочого циклу. Середній теоретичний індикаторний Pmi =   PC    1  1 1      ( − 1) +  1 − n −1  −  1 − n −1 , кПа  −1  n2 − 1    n1 − 1    Pmi = 0,96  4215,7  2,3  1  1  1 1    2,3  (1 − 1) +  1 − 1, 23−1  −  1 −  = 1, 34 −1  10,5 − 1 1,23 − 1  10  1,34 − 1  10,5   2 (1.65) 1 1 = 1089,51кПа Індикаторний ККД.  i = 0,37  i = 0,37 (1 +   L0 )Tñì  Pmi QH  Pd  Ô ñ , (1.66) (1 + 1,75 10,17)  319,6  1089,51 = 0,44 33500  180,5  0,92 Питома індикаторна витрата газу. gi = gi = 3600 м 3 , кВт  год QH   i (1.67) 3 3600 = 0,25 м кВт  год 33500  0,44 1.1.8 Ефективні показники робочого циклу. Середній тиск механічних втрат. PM = (0,05 + 0,0155  VП .СР )  103 кПа ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.68) Арк. 14 Середня швидкість поршня. VП .СР. = S ПР.  n м =, с 30 (1.69) де SПР = 0,34 м - хід поршня двигуна по прототипу. VП .СР. = 0,34  750 = 8,5с 30 PM = (0,05 + 0,0155  8,5) 1000 = 131,8кПа Середній ефективний тиск. Pme = Pmi − Pm , кПа (1.70) Pme = 1089,51 − 131,8 = 957,7кПа Механічний К.К.Д. M = M = Pme , Pmi (1.71) 957,7 = 0,88 1089,51 Ефективний К.К.Д.  e =  i  M , (1.72)  e = 0,44  0,88 = 0,384 Питома ефективна витрата газу. вe = gi м3 , М вe = (1.73) кВт  год 3 0,25 = 0,28 м кВт  год 0,88 Годинна ефективна витрата газу. B = ве  Pe , м 3 (1.74) год B = 0,28  600 = 168,1 м 3 год ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 15 1.1.9 Основні розміри циліндра і двигуна. Літраж двигуна. Pe  10 3 ,л Pme  n Vst = 30  Z  (1.75) де Z=4 – коефіцієнт тактності двигуна Vst = 30  4  600  10 3 = 100,24 л 957,7  750 Робочий об’єм циліндра. Vs = Vs = Vst ,л i (1.76) 100,24 = 16,71л 6 Діаметр циліндра. d = 100  3 m= 4  Vs , мм  m (1.77) S ПР , d ПР (1.78) де d ПР = 0,250м – діаметр циліндра двигуна прототипу m= d = 100  3 0,340 = 1,36 0,250 4  16,71 = 250,1мм 3,14  1,36 Хід поршня. S = m  d , мм (1.79) S = 1,36  250,1 = 340,2 мм ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 16 1.1.10 Уточнені розміри циліндра і двигуна. Діаметр циліндра. d = 250мм Хід поршня. S = 340мм Літраж двигуна. Vst =  d 2  S i 4  10 6 ,л (1.80) 3,14  250 2  340  6 Vst = = 100,09 л 4  10 6 Робочий об’єм циліндра. Vs = Vs = Vst ,л i (1.81) 100,09 = 16,68 л 6 Ефективна потужність двигуна. Pep = Pep = Pme  Vst  n , кВт 30  Z  10 3 (1.82) 957,7  100,09  750 = 599,1кВт 30  4  10 3 Отримана величина відрізняється від заданої на: Pe = Pep − Pe Pecp = Pecp = Pecp  100% , Pep + Pe 2 , Арк. № докум. Підпис Дата (1.84) 599,1 + 600 = 599,5кВт 2 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. (1.83) Арк. 17 Pe = 599,1 − 600  100% = 0,15% 599,5 Так як значення Δ<5% розрахунок виконаний вірно. 1.2 Розрахунок індикаторної діаграми 1.2.1 Розрахунок теоретичної індикаторної діаграми. Вихідні дані: Pmi = 1,09 МПа - середній індикаторний тиск. Pd = 0,18 МПа - тиск в кінці впуску. n1 = 1,34 МПа - показник політропи стиску.  c = 10,5 - ступінь стиску. Pmax = 9,69 МПа - максимальний тиск в циліндрі. n 2 = 1,23 - показник політропи розширення.  = 1,0 - ступінь попереднього розширення. m p = 0,050 МПа/мм - масштаб по осі тиску. Розрахунок лінії стиску виконуємо по формулі: Pd   n1 , МПа Pст = (V / Vc ) n1 (1.85) Розрахунок лінії розширення виконуємо по формулі: Pmax   n2 Pðîç = , МПа (V / Vc ) n2 (1.86) Результати розрахунків по формулам (1.85) і (1.86) приведені в таблиці 1.1 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 18 Таблиця 1.1 Координати для побудови кривих стиску і розширення V/Vc рст,МПА рст,мм рроз,МПа рроз,мм 1 4,22 84,4 9,69 193,8 1,25 3,12 62,4 7,32 146,3 1, 5 2,44 48,8 5,81 116,3 2,0 1,66 33,1 4,05 80,9 2,5 1,22 24,5 3,05 61,1 3,0 0,96 19,2 2,43 48,5 4,0 0,65 13,0 1,69 33,8 5,0 0,48 9,6 1,28 25,5 6,0 0,38 7,0 0,95 20,0 7,0 0,31 6,1 0,83 16,7 8,0 0,27 5,1 0,70 13,7 9,0 0,22 4,3 0,61 12,2 10,5 0,18 3,5 0,50 10 Дійсний індикаторний тиск PmiД = F 5225  mp =  0,050 = 1,1 МПа AB  237,5 (1.87) де: F = 5225 мм² - площа індикаторної діаграми Об’єм камери згоряння Vc = VS , мм  −1 (1.88) де VS = AB = 237,5 мм - приведений робочий об’єм Vc = 237,5 = 25 мм 10,5 − 1 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 19 Похибка середнього індикаторного тиску. Pmi = Pmi − PmiД  100% (1.89) Pmi + PmiД Pmicp = , МПа 2 (1.90) Pmicp = Pmi = Pmicp 1,09 + 1,1 = 1,095МПа 2 1,09 − 1,1 1,095  100% = 0,9% Похибка не перевищує 5% Дійсну індикаторну діаграму будуємо із врахуванням її характерних точок: де c′ – точка початку подачі іскри (палива форсункою), яка визначається випередженням запалювання (випередженням впорскування палива). f - точка початку згоряння, яка визначається кутом затримки згоряння ∆φ1 =10ºПКВ. ∆ φ2 =10ºПКВ- кут після ВМТ, де тиск газів максимальний. b- точка початку відкриття випускного клапана. r′- точка початку відкриття впускного клапану. r″- точка закриття випускного клапана. d - точка закриття впускного клапану. с″- точка тиску газів в ВМТ в кінці такту стиску. zd - точка максимального тиску газів. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 20 1.2.1 Вихідні дані для побудови дійсної індикаторної діаграми 1. Кривошипно-шатунне відношення λ = R/L = 0,17/0,69 = 0,246 (1.91) 2. Відстань від ВМТ до НМТ на діаграмі АВ = 237,5 мм 3. Кут затримки згоряння ∆φ1 = 10º ПКВ 4. Тиск залишкових газів Pr = 0,183 МПа 5. Масштаб тиску mp= 0,05 МПа/мм 6. Хід поршня S = 0,34 м 7. Тиск в кінці стиску Pc = 4,22 МПа 8. Максимальний тиск Pmax = 9,69МПа Розрахунок координат характерних точок індикаторної діаграми приведений в таблиці 1.3 Таблиця 1.3 Координати характерних точок індикаторної діаграми Положення точки Постійна X = (1- Відстань від ВМТ відносно ВМТ, φ cosφ)+0,25·λ·(1- до точки ПКВ cos2φ) Х·(AB)/2,мм с, до ВМТ 30 0,1647 18,5 f, до ВМТ 20 0,0747 8,4 b, після ВМТ 130 1,7147 192,9 r′, до ВМТ 20 0,0747 8,4 r″́, після ВМТ 30 0,1647 18,5 d, до ВМТ 150 1,7147 192,9 φ,ПКВ Ордината точки r″ : Pr/mp = 0,183/0,05 = 3,66 мм (1.92) Тиск газів у ВМТ: Pc´ = 1,2×Pc = 1,2×4,22 = 5,06 МПа; (1.93) Pс'/mp = 5,06/0,05 = 112мм. (1.94) Максимальний тиск згоряння Pzd = 0,85×Pmax = 0,85×9,69 = 8,24 МПа ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (1.95) Арк. 21 Pzd/mp = 8,24/0,05 = 164,8 мм. (1.96) Поправка Брікса OO1 = R×λl/2 = 170×0,246/2 =20,91 мм (1.97) Масштаб переміщення ms = S/AB = 340/237,5 = 1,43 мм/мм (1.98) Поправка Брікса в масштабі переміщення OO1 = OO1/ms = 20,91/1,43 = 14,6 мм. (1.99) 1.3 Аналіз ефективних показників проектованого двигуна й прототипу Таблиця 1.4 Порівняльна таблиця ефективних показників двигунів Назва Позначення Проектований двигун Двигун-прототип Pe 600 525 n 750 600 Pmax 8,24 8 Тиск наддуву, МПа Pв 0,190 0,180 Діаметр, мм d 250 250 Хід поршня, мм S 340 340 Число циліндрів i 6 6 Ступень стиску  10,5 10 Питома ефективна витрата вe 0,28 0,32 Ефективна потужність, кВт Частота обертання колінчастого валу, хв −1 Максимальний тиск згоряння, МПа палива, м 3 кВт  год Розрахований мною двигун має більшу потужність, ніж двигун прототип, за рахунок збільшення обертів двигуна, ступені стиску та тиску наддуву. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 22 Також спроектований двигун має більший максимальний тиск згоряння за рахунок збільшення тиску наддуву та ступені стиску. Діаметр та хід поршня такі ж самі як і у двигуна - прототипу. Питома ефективна витрата палива має незначне зниження за рахунок підвищення ступені стиску. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 23 1.4 Динамічний розрахунок двигуна На деталі КШМ діють: Сили тиску газу Fг = Pц  d 2 4 ,H (1.100) Сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально. Fu = −mS r 2 (cos  + L cos 2 ), H (1.101) Сумарна сила (дійсна). Fd = Fг  Fu , H (1.102) Fn = Fd  tg , H (1.103) Нормальна сила. Радіальна сила. Fr = Fd cos( +  ) ,H cos  (1.104) FK = Fd sin ( +  ) ,H cos  (1.105) Дотична сила. Вихідні дані: d = 0,25м - діаметр поршня n = 750 хв −1 - частота обертання КВ hmax = 164,8 мм - ордината прийнята для Pmax Pmax = 8240 кПа - максимальний тиск циклу  L = 0,246 - кривошипно-шатунне відношення m p = 50,0 кПа/мм - масштаб індикаторної діаграми m S = 79,5 кг маса деталей, що рухаються - зворотно-поступально ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 26 r = 0,170м - радіус кривошипа  20 =10,000˚ - кут максимального тиску  = 78,5 c −1 - кутова швидкість m F = 2,45 кН/мм A = 0,049 м 2 масштаб сил - площа поршня - Таблиця 1.4 Результати динамічного розрахунку φ˚ Fг Fи Fd FN Fr Fk Fг Fи Fd FN Fr Fk пкв кн кн кн кн кн кн мм мм мм мм мм мм 0,0 8,5 -103,7 -95,2 0,0 -95,2 0,0 3,5 -42,3 -38,8 0,0 -38,8 0,0 10,0 8,5 -101,2 -92,6 -3,9 -90,5 -19,9 3,5 -41,3 -37,8 -1,6 -36,9 -8,1 20,0 8,5 -93,9 -85,3 -7,2 -77,7 -35,9 3,5 -38,3 -34,8 -2,9 -31,7 -14,6 30,0 8,5 -82,3 -73,7 -9,1 -59,3 -44,8 3,5 -33,6 -30,1 -3,7 -24,2 -18,2 40,0 8,5 -67,4 -58,8 -9,4 -38,9 -44,9 3,5 -27,5 -23,9 -3,8 -15,9 -18,3 50,0 8,5 -49,9 -41,4 -7,9 -20,5 -36,8 3,5 -20,4 -16,8 -3,2 -8,3 -15,0 60,0 8,5 -31,3 22,8 -4,9 -7,0 -22,2 3,5 -12,8 -9,3 -2,0 -2,8 -9,0 70,0 8,5 -12,8 -4,2 -0,9 -0,4 -4,2 3,5 -5,2 -1,7 -0,4 -0,2 -1,7 80,0 8,5 4,7 13,3 3,3 -0,9 13,7 3,5 1,9 5,4 1,3 -0,3 5,6 90,0 8,5 20,4 29,0 7,3 -7,3 29,0 3,5 8,3 11,8 3,0 -3,0 11,8 100,0 8,5 33,7 42,3 10,5 -17,7 39,8 3,5 13,7 17,2 4,3 -7,2 16,2 110,0 8,5 44,1 52,7 12,5 -29,8 45,2 3,5 18,0 21,5 5,1 -12,1 18,4 120,0 8,5 51,8 60,4 13,1 -41,6 45,7 3,5 21,1 24,6 5,3 -17,0 18,6 130,0 8,5 57,0 65,6 12,6 -51,8 42,2 3,5 23,3 26,8 5,1 -21,1 17,2 140,0 8,5 60,2 68,8 11,0 -59,8 35,7 3,5 24,5 28,0 4,5 -24,4 14,6 150,0 8,5 61,8 70,4 8,7 -65,3 27 ,6 3,5 25,2 28,7 3,5 -26,6 11,2 160,0 8,5 62,5 71,1 6,0 -68,9 18,6 3,5 25,5 29,0 2,4 -28,1 7,6 170,0 8,5 62,7 71,3 3,0 -70,7 9,3 3,5 25,6 29,1 1,2 -28,8 3,8 180,0 8,5 62,7 71,3 0,0 -71,3 0,0 3,5 25,6 29,1 0,0 -29,1 0,0 190,0 8,5 62,7 71,3 -3,0 -70,7 -9,3 3,5 25,6 29,1 -1,2 -28,8 -3,8 200,0 8,5 62,5 71,1 -6,0 -68,9 -18,6 3,5 25,5 29,0 -2,4 -28,1 -7,6 210,0 8,5 61,8 70,4 -8,7 -65,3 -27,6 3,5 25,2 28,7 -3,5 -26,7 -11,2 220,0 9,8 60,2 70,0 -11,2 -60,8 -36,4 4,0 24,5 28,5 -4,5 -24,8 -14,8 230,0 11,0 57,0 68,1 -13,0 -53,8 -43,7 4,5 23,3 27,8 -5,3 -21,9 -17,8 240,0 12,2 51,8 64,1 -13,9 -44,1 -48,5 5,0 21,1 26,1 -5,7 -18,0 -19,8 250,0 12,2 44,1 56,4 -13,4 -31,9 -48,4 5,0 18,0 23,0 -5,4 -13,0 -19,7 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 27 Продовження таблиці 1.4 φ˚ Fг Fи Fd FN Fr Fk Fг Fи Fd FN Fr Fk пкв кн кн кн кн кн кн мм мм мм мм мм мм 260,0 14,7 33,7 48,4 -12,0 -20,3 -45,5 6,0 13,7 19,7 -4,9 -8,2 -18,6 270,0 17,1 20,4 37,6 -9,5 -9,5 -37,6 7,0 8,3 15,4 -3,9 -3,9 -15,4 280,0 19,6 4,7 24,4 -6,0 -1,7 -25,1 8,0 1,9 9,9 -2,4 -0,7 -10,2 290,0 26,9 -12,7 14,1 -3,7 1,6 -14,4 11,0 -5,2 5,7 -1,3 0,6 -5,9 300,0 36,7 -31,3 5,3 -1,1 1,6 -5,2 15,0 -12,8 2,2 -0,4 0,6 -2,1 310,0 49,0 -49,9 -0,9 0,2 -0,4 -0,8 20,0 -20,3 -0,3 0,0 -0,1 0,3 320,0 330,0 340,0 61,3 98,1 152,0 -67,4 -82,3 -93,9 6,0 15,7 58,1 0,9 -1,9 -4,9 -3,9 12,6 52,9 4,6 -9,5 -24,4 25,0 -27,4 40,0 -33,6 62,0 -38,3 -2,4 6,4 23,7 0,3 -0,7 -2,0 -1,6 1,8 5,1 -3,9 21,6 -9,9 350,0 220,7 -101,2 119,5 -5,1 116,8 -25,7 90,1 -41,3 48,7 -2,0 47,6 -10,5 360,0 274,7 -103,7 170,9 0,0 170,9 0,0 112,1 -42,3 69,7 0,0 69,7 0,0 370,0 404,7 -101,2 303,5 12,9 296,6 65,4 165,2 -41,3 123,8 5,2 121,0 26,7 380,0 306,6 -93,9 212,6 17,9 193,7 89,6 125,1 -38,3 86,8 7,3 79,0 36,5 390,0 233,0 -82,3 150,6 18,6 121,1 91,5 95,1 -33,6 61,4 7,6 49,4 37,3 400,0 171,7 -67,3 104,3 16,7 69,2 79,8 70,0 -27,4 42,5 6,8 28,2 32,6 410,0 127,5 -49,9 77,5 14,8 38,4 69,0 52,0 -20,3 31,6 6,0 15,7 28,1 420,0 93,2 -31,3 61,8 13,4 19,2 60,2 38,0 -12,8 25,2 5,5 7,8 24,6 430,0 68,6 -12,7 55,8 13,2 6,6 57,0 28,0 -5,2 22,8 5,4 2,7 23,2 440,0 53,9 4,7 58,7 14,6 -4,2 60,4 22,0 1,9 23,9 5,9 -1,7 24,6 450,0 44,1 20,4 64,6 16,4 -16,4 64,6 18,0 8,3 26,3 6,6 -6,6 26,3 460,0 36,7 33,7 70,5 17,6 -29,5 66,3 15,0 13,7 28,8 7,1 -12,0 27,0 470,0 31,8 44,1 76,0 18,0 -43,0 65,3 13,0 18,0 31,0 7,2 -17,5 26,6 480,0 29,4 51,8 81,3 17,7 -56,0 61,5 12,0 21,1 33,1 7,2 -22,8 25,1 490,0 26,9 57,0 84,0 16,1 -66,4 54,0 11,0 23,3 34,3 6,5 -27,1 22,0 500,0 24,5 60,2 84,7 13,5 -73,7 44,0 10,0 24,5 34,5 5,5 -30,0 17,9 510,0 24,5 61,8 86,4 10,7 -80,1 33,9 10,0 25,2 35,2 4,3 -32,7 13,8 520,0 19,6 62,5 82,1 6,9 -79,6 21,5 8,0 25,5 33,5 2,8 -32,4 8,8 530,0 17,1 62,7 79,9 3,4 -79,3 10,5 7,0 25,6 32,6 1,4 -32,3 4,2 540,0 14,7 62,7 77,5 0,0 -77,5 0,0 6,0 25,6 31,6 0,0 -31,6 0,0 550,0 12,2 62,7 75,0 -3,2 -74,4 -9,8 5,0 25,6 30,6 -1,3 -30,3 -4,0 560,0 9,8 62,5 72,3 -6,1 -70,1 -19,0 4,0 25,5 29,5 -2,4 -28,6 -7,7 570,0 8,5 61,8 70,4 -8,7 -65,3 -27,6 3,5 25,2 28,7 -3,5 -26,6 -11,2 580,0 8,5 60,2 68,8 -11,0 -59,8 -35,7 3,5 24,5 28,0 -4,4 -24,4 -14,6 590,0 8,5 57,0 65,6 -12,6 -51,8 -42,2 3,5 23,3 26,8 -5,1 -21,1 -17,2 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 28 Продовження таблиці 1.4 φ˚ Fг Fи Fd FN Fr Fk Fг Fи Fd FN Fr Fk пкв кн кн кн кн кн кн мм мм мм мм мм мм 600,0 8,5 51,8 60,4 -13,1 -41,6 -45,7 3,5 21,1 24,6 -5,3 -17,0 -18,6 610,0 8,5 44,1 52,7 -12,5 -29,8 -45,2 3,5 18,0 21,5 -5,1 -12,1 -18,4 620,0 8,5 33,7 42,3 -10,5 -17,7 -39,8 3,5 13,7 17,2 -4,3 -7,2 -16,2 630,0 8,5 20,4 29,0 -7,3 -7,3 -29,0 3,5 8,3 11,8 -3,0 -3,0 -11,8 640,0 8,5 4,7 13,3 -3,3 -0,9 -13,7 3,5 1,9 5,4 -1,3 -0,3 -5,6 650,0 8,5 -12,7 -4,2 0,9 -0,4 4,2 3,5 -5,2 -1,7 0,4 -0,2 1,7 660,0 8,5 -31,3 -22,8 4,9 -7,0 22,2 3,5 -12,8 -9,3 2,0 -2,8 9,0 670,0 8,5 -49,9 -41,3 7,9 -20,5 36,8 3,5 -20,3 -16,8 3,2 -8,3 15,0 680,0 8,5 -67,4 -58,8 9,4 -38,9 44,9 3,5 -27,4 -23,9 3,8 -15,9 18,3 690,0 8,5 -82,3 -73,7 9,1 -59,3 44,8 3,5 -33,6 -30,1 3,7 -24,2 18,2 700,0 8,5 -93,9 -85,3 7,2 -77,7 35,9 3,5 -38,3 -34,8 2,9 -31,7 14,6 710,0 720,0 8,5 -101,2 8,5 -103,7 -92,6 -95,1 3,9 0,0 -90,6 -95,1 19,9 0,0 3,5 3,5 -41,3 -42,3 -37,8 -38,8 1,6 0,0 -36,9 -38,8 8,1 0,0 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 29 1.5 Розробка конструкції поршня 1.5.1. Поршнева група (поршневий комплект) складається з поршня, поршневих кілець, поршневого пальця, деталей для утримання пальця від осьового переміщення, кріпильних деталей і в окремих випадках пристроїв для охолоджування. Поршень відноситься до числа найвідповідальніших і напружених деталей кривошипно-шатунного механізму двигуна виконує наступні функції: 1. забезпечує необхідну форму камери згорання і герметичність внутрішньо циліндрового простору; передає силу тиску газів на шатун; 2. передає на стінку циліндра силу, діючу на бокову поверхню поршня; 3. управляє відкриттям і закриттям вікон (виконує функцію розподільного пристрою) в двотактних двигунах з щілистим розподілом. Окрім механічних навантажень (сил тиску газів і сил інерції), на поршень впливають також високі теплові навантаження. При роботі поршень безпосередньо стикається з гарячими газами в період згорання палива і розширення продуктів згорання і інтенсивно сприймає від них теплоту. Додатково поршень нагрівається від тертя боковою поверхнею об стінки циліндра. Через несприятливі умови для охолоджування поршня температура його стінок під час роботи сильно підвищується. При перегріві знижуються механічні властивості матеріалу поршня і зростають теплові напруги в ньому. Окрім того у разі перегріву поршня погіршується наповнення циліндру свіжим зарядом, що веде до зменшення потужності двигуна, можливому заклинюванню поршня в циліндрі, а також до появи передчасного спалаху або детонаційного згорання в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням. Внаслідок цього поршень двигунів внутрішнього згорання разом з достатньою міцністю і жорсткістю повинен мати можливо малу вагу для ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 32 зменшення сил інерції, а також володіти високою теплопровідністю і зносостійкістю. Крім задоволення цим вимогам, пристрій поршня повинен забезпечувати вільне переміщення його в циліндрі і одночасно достатню герметичність як для запобігання прориву газу з робочої порожнини циліндра в картер, так і попадання масла з картера в робочу порожнину циліндра. На рис. 3 показана поширена конструкція поршня без охолоджування тронкового двигуна. Поршень має форму стакана з днищем, обернутим у бік камери згорання. Днище обмежує робочу порожнину і сприймає тиск газів, тому ця частина поршня робиться найміцнішою. Рисунок 3 Поршнева група тронкового двигуна: 1 - маслоз'емні кільця; 2 - поршень; 3 - втулка; 4 - поршневий палець; 5 - обмежувач; 6 - штіфт; 7 - компресійне кільце. Днище посилюється також за допомогою ребер, проте через концентрацію напруг оребріння днища останнім часом застосовується рідко. Форма поверхні днища, зверненої до камери згорання, визначається в основному способом сумішоутворення, наявністю і розташуванням клапанів в кришці, системою продування і т.п. В двигунах із зовнішнім сумішоутворення і відносно невисоким ступнем стиснення найбільш поширена плоска форма днища. У двотактних двигунах з щілистою схемою газообміну днищу надають форму, сприяючу створенню потрібного напряму продувочного повітря. У дизелях днищу надають форму, відповідну формі і розташуванню струменів палива, що впорскується у камеру згорання. Нижче на рис. 4 показані різні форми днища поршнів. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 33 Рисунок 4 Форми днища поршнів На зовнішній поверхні у верхній циліндровій частині поршня є канавки для поршневих кілець, що служать для ущільнення циліндра від прориву газів і запобігають попаданню мастила з картера в камеру згорання. Нижня частина поверхні поршня є направляючою. Верхню частину поршня називають звичайно головкою, а направляючу (тронкову) частину – юбкою. На внутрішній поверхні юбки поршень має бобишки з отворами для установки поршневого пальця. Юбка поршня навантажується нормальною силою. Для збільшення загальної жорсткості в деяких поршнях бобишки з'єднуються з днищем і бічними стінками ребрами. Оребріння робиться іноді і на юбці поршня. Для виготовлення поршнів використовують чавун, алюмінієві та магнієві сплави, а також сталь. Найчастіше застосовують чавун і алюмінієві сплави. Чавунні поршні мають високу міцність і зносостійкість і малий коефіцієнт лінійного розширення. Проте унаслідок порівняно високої густини (~7,3 г/см3) чавунні поршні виходять важкими і, як правило, застосовуються в тихохідних двигунах і в двигунах середньої швидкохідності. Алюмінієві сплави володіють меншою міцністю і зносостійкістю, ніж чавун, та зате мають значно меншу густину (~2,9 г/см3). Тому поршень, виготовлений з алюмінієвого сплаву, не дивлячись на велику (для забезпечення необхідної міцності) товщину стінок, на 25-30% легше ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 34 чавунного. У двигунах, що працюють з великим числом обертів, для зменшення сил інерції поршні виготовляються переважно з алюмінієвих сплавів. Теплопровідність алюмінієвих сплавів в 3-4 рази вища за чавун, тому температура днища алюмінієвих поршнів нижча за температуру днища чавунних. В результаті цього у разі застосування алюмінієвих поршнів поліпшується наповнення циліндра і є можливість збільшити ступінь стиснення в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням. Слід зазначити також, що у наслідок меншої величини коефіцієнта тертя алюмінієвих сплавів потужність, що витрачається на подолання тертя поршнів в циліндрі, виходить також меншою при алюмінієвих поршнях. Істотним недоліком алюмінієвих сплавів є відносно великий коефіцієнт лінійного розширення (у 2- 2,5 рази більше, ніж у чавуну), тому поршні з них треба встановлювати в циліндрі з великим зазором. Великі зазори утрудняють пуск двигуна і викликають стукоти при роботі непрогрітого двигуна, а також при роботі на малих навантаженнях. Під час роботи двигуна найбільше нагрівається головка поршня, тому діаметр її робиться звичайно декілька менше діаметру юбки. Зменшення зазору між стінками циліндра і юбкою поршня, крім застосування матеріалів з меншими коефіцієнтами лінійного розширення, забезпечується також рядом конструктивних заходів: охолоджуванням поршня і організованим відведенням теплоти від днища, виконанням юбки конічної форми із зменшенням діаметру догори, застосуванням поршнів з розрізними і овальними юбками і т.п. Для кращого прироблення стінки алюмінієвих і чавунних поршнів часто покривають шаром олова завтовшки близько 0,01 мм. Рідинне охолоджування поршнів застосовується у тому випадку, коли відведення теплоти в стінки циліндра недостатнє і при роботі двигуна температура днища поршня стає вище допустимою. Звичайно це ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 35 спостерігається в двигунах з діаметром циліндра більше 300 мм, а також у форсованих швидкохідних двигунах. Охолоджування поршнів здійснюється водою або маслом. При охолоджуванні маслом витік його через нещільність шарнірів або телескопічних труб не може викликати особливих порушень в роботі двигуна. У швидкохідних двигунах з тронковим кривошипно -шатунним механізмом застосовується охолоджування поршнів маслом з циркуляційної системи мащення. Струмінь масла прямує на внутрішню сторону днища через канал в шатуні і сопло, встановлене у верхній головці шатуна. 1.5.2 Розрахунок поршня Умови роботи поршня. Поршень працює під дією механічних навантажень, під тиском газів і сил інерції, а також термічних навантажень, крім цього юбка працює на зношення при високих температурах. Вимоги до поршня. а) хороша теплопровідність. б) малі значення коефіцієнту лінійного розширення. в) висока механічна міцність і жаростійкість. г) хороші антифрикційні властивості і зносостійкість, та мала вага. Вибір матеріалу тронку поршня. Чавун СЧ 25 ГОСТ 1412-85 Розрахунок на міцність поршня. Вихідні дані: Діаметр циліндра d= 0,25 м ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 36 Частота обертання колінчастого валу n= 600 хв −1 Максимальний тиск газів в циліндрі P max = 8,24 МПа Середній індикаторний тиск P mi = 1,09 МПа Товщина днища поршня δ дн = 0,025 м Внутрішній діаметр поршня di = 0,187 м Розрахунок поршня на згинання.  3  d i  Pmax   16   дн  x = Мпа  x   x  (1.106) (1.107)  3   0,187    8,24 = 11,55 МПа   16   0,025  x =  Допустиме значення  x  x  = 80 МПа – для чавунних поршнів.  x  = 60 МПа – для поршнів з алюмінієвих сплавів. Теплові напруження для охолоджуємих поршнів.  t = aq дн (1.108) де a= 0, 00835 – коефіцієнт залежний від матеріалу a= 0,00835 – для чавунів a= 0,00547 – для алюмінієвих сплавів q = (71000 + 310n)Pmi , Вт/м² - питоме теплове навантаження (1.109) q = (71000 + 310  750)  1,09 = 330815 Вт/ м²  t = 0,00835  330815  0,025 = 69,05 МПа Сумарні напруження у днищі поршня  сум =  х +  t (1.110)  сум = 11,55 + 69,05 = 80,6 МПа ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 37  сум   сум  Допустимі значення   = 200 МПа – для чавунних поршнів.   = 150 МПа – для алюмінієвих сплавів. сум сум Розрахунок головки поршня на стискання. Розрахунок стискання проводять по найбільш небезпечному перерізі, завжди це переріз маслоз’ємного кільця.  ст = Fmax = AA− A = Fmax = Fmax ; МПа AA − A d 2 4  Pmax ; МН  (d i + 2S i )2 4 − d i2 4 − d м S i n м ; м² (1.111) (1.112) (1.113) 3,14  0,25 2  8,24 = 0,4 МН 4 де S i = 0,02 м - товщина стінки головки поршня. d м = 0,0034 м - діаметр масляних каналів. n м = 8 - кількість масляних каналів 3,14  (0,187 + 2  0,02) 3,14  0,187 2 − − 0,0034  0,02  8 = 0,0124 м² 4 4 2 AA− A =  ст = 0,4 = 32,2 МПа 0,0124  сж   сж   сж = 80МПа – для чавунних поршнів.  сж = 70МПа – для алюмінієвого сплава. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 38 Розрахунок юбки поршня. Юбку поршня перевіряють на тиск від максимальної нормальної сили. PЮ = FN ; МПа d  lю (1.114) де l ю - довжина юбки l ю = 0,2м FN = 0,0186 МН – максимальна нормальна сила з розрахунку сил динаміки 0,0186 = 0,372 МПа 0,25  0,2 PЮ = PЮ  PЮ  PЮ = 0,55 МПа – для чавунних поршнів. PЮ = 1,2 МПа – для алюмінієвого сплава. Розрахунок бобишки поршня. Бобишку перевіряють на тиск на опорну поверхню. PБ = Fmax ; МПа d П  lo  2 (1.115) де d П = 0,095 м діаметр поршневого пальця. l −B ;м lo = n 2 (1.116) де ln = 0,237 м - довжина пальця B = 0,075 м - відстань між торцями бобишок lo = PБ = 0,237 − 0,075 = 0,081 м 2 0,4 = 25,99 МПа 0,095  0,081  2 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 39 РБ  РБ  РБ = 40 МПа – для чавунних поршнів. РБ = 45 МПа – для алюмінієвого сплава. 1.5.3 Пропозиції по удосконаленню поршня У дипломному проекті я пропоную змінити штатний цільнолітий поршень двигуна 6ГЧН25/34 на зіставний. Поршень – складається з двох частин тронка і головки, охолоджуваний мастилом, зі сталевою головкою і чавунним тронка. Мастило для охолодження поршня подається примусово з верхньої головки шатуна через отвори в пальці поршня і свердління в тронці і голівці в порожнини охолодження поршневих кілець, потім в центральну частину порожнини охолодження головки і звідти вільно зливається в раму двигуна. На поршні є п'ять канавок, в яких встановлюються поршневі кільця: в трьох верхніх - компресійні і двох нижніх - маслоз'ємних. Кільця виготовлені з високоміцного чавуну. Верхнє хромоване прямокутного перерізу, нижні два компресійних – слабо конусні «хвилинні» і мають маркування «Низ». Нижні два кільця маслоз'ємні з еспандером - мають два робочих пояска. Цими поясками при ході поршня вниз з дзеркала циліндра знімається надлишковий мастила, яке проходить через прорізи в маслоз'ємних кільцях і стікає в раму двигуна через дренажні отвори в тронку. Поршень і шатун з'єднуються поршневим пальцем плаваючого типу. Палець - сталевий, від осьового переміщення утримується двома кільцями, встановленими в кільцевих канавках бобишок поршня. На днище головки поршня є поглиблення для запобігання торкання поршня клапана при їх зависанні. Уніфікована конструкція поршня дозволяє змінювати на двигуні висоту камери згорання (в межах 1…10 мм) та форму ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 40 камери під різні види палива за рахунок зміни головки поршня при цьому не змінюючи тронк поршня. Овально-бочкоподібний профіль виключає кромочний контакт поршня з циліндром і відповідає кращому змазування поверхонь при центруванні поршня підйомними гідродинамічними силами. Профілюють бокову поверхню юбки поршня, виконуючи наступні вимоги: максимальний діаметр спідниці в нагрітому стані повинен бути розташований як найближче до осі поршневого пальця. Це виключить нахил поршня по відношенню до осі циліндра; радіус кривизни бочкоподібної юбки поршня по висоті осі поршневого пальця повинен бути можливо великим, що зменшує кут перекосу поршня в циліндрі; зазор між циліндром і максимальним діаметром спідниці має бути мінімальним і гарантує роботу поршня без защемлення; при можливих нахилах поршня в межах допустимих зазорів має бути гарантована відсутність кромкового контакту як вгорі, так і внизу поршня. Виконання перерахованих вимог при виготовленні поршнів забезпечує зниження температурного рівня в районі кілець і інтенсивності ударів при перекладі поршня у в.м.т., що підвищує довговічність торців канавок поршня і кілець, виключає можливість появи кавітаційного руйнування гільз циліндрів і натирів на кромках поршня. Кругла форма поперечного перерізу юбки є найпростішою, але при такій формі не забезпечуються найкращі умови роботи пари поршень циліндр. Внаслідок більшого теплового розширення в напрямку осі поршневого пальця і дії бічної сили, що передається на бобишки і викликає їх поворот, поршень стає овальним з розташуванням великої осі еліпса (овалу) уздовж поршневого пальця. При працюючому двигуні поперечний переріз круглої форми циліндра також не зберігається. Це призводить до того, що навантаження при круглій формі юбки поршня в холодному стані передається при роботі двигуна по вузьких смугах, розташованим під деяким кутом по відношенню до осі поршневого пальця. При цьому основна частина ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 41 поверхні юбки поршня в роботі не бере. Як уже зазначалося, для компенсації овальності в процесі роботи юбки поршня в холодному стані надають деяку еліпсність (овальність) з розташуванням більшої осі еліпса (овалу) перпендикулярно осі поршневого пальця. При цьому найбільше значення має профіль ділянки спідниці, відповідного куту ф = 70-7-90 °, де повинен здійснюватися контакт поршня з циліндром. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 42 Рисунок 1 Графіки сили газів, інерції та дійсної. Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 30 Рисунок 2 Графіки нормальної, дотичної та радіальної сили. Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 31 2 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ 2.1 Вибір обладнання, пристроїв та інструменту Раціональна організація робочих місць виявляє великий вплив на підвищення продуктивності праці, не вимагаючи від підприємства значних матеріальних витрат. Планування робочого місця повинне передбачити правильне розміщення предметів і засобів праці з урахуванням раціонального використання виробничої площі, зручності експлуатації і безпеки роботи. Для розробки технологічного процесу складання поршня обране наступне обладнання та інструмент. В першу чергу на дільниці повинен бути вантажопіднімальний пристрой для виконання слюсарно-складальних робіт. деталей використаємо стиснуте повітря із Для продувки заводської системи. Для можливості проведення взвешивания на участке потребно встановити ваги. Затяжку болтов виконуємо Дільницю складання за допомогою динамометричного ключа. комплектуємо гідропресом для проведення випробування поршня при складанні. Для нагреву поршня перед складанням на дільниці встановлюємо ванну. На дільниці встановлені стелажі для зберігання комплектуючих та пристосувань. Для зберігання інструментів, креслень, технологічних процесів на дільниці встановлюють інструментальні ящики. Також потрібно дільницю укомплектувати комплектом вимірювальних пристроїв, тому що контрольні операції будуть виконувати робітники дільниці. 2.2 Визначення технічної норми часу. Розрахунок штучного часу в умовах серійного виробництва вираховується згідно формули : ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 43 аобс + аоп Т шт = Т оп (1 + ), хв 100 (2.1) де Топ- оперативний час на операцію, хв.; аобс- відсоток часу від оперативного на обслуговування робочого місця в % (4%); аоп- відсоток часу від оперативного на особисті потреби (3%); Визначимо штучний час на кожну окрему операцію складання поршня: 005 Підготовча Т005 = 12(1+ 4+3 ) = 13 хв. 100 Т010 = 34(1+ 4+3 ) = 35 хв. 100 Т015 = 4(1+ 4+3 ) = 5 хв. 100 010 Складальна 015 Контрольна Визначаємо загальний штучний час на складання. ТШТ = Т005 + Т010 + Т015 хв, (2.2) ТШТ = 13 + 35 + 5 = 53 хв, ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 44 3 ОРГАНІЗАЦІЙНО – ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ 3.1Визначення потрібної кількості працюючих і площі дільниці Необхідну кількість робочих місць визначаємо: C Pi = N  TШТ 60ФЕФ1 , чол. (3.1) де N = 1800 шт. – річна програма випуску, шт.; Т005 = 13 хв – штучний час на 005 операцію; Т010 = 35 хв – штучний час на 010 операцію; Т015 = 5 хв – штучний час на 015 операцію; ФЕФ - ефективний фонд часу роботи робочого місця протягом року ФЕФ = (366 – В – С) · Д · З · (1 – а/100) , годин. (3.2) де 366 – календарні дні; В = 104 – вихідні дні у 2024 році С = 0 – святкових днів у 2024 році в Україні немає; Д = 8 – тривалість зміни в годинах; З = 1 – кількість змін роботи на добу згідно завдання а = 3% – відсоток втрат часу на регламентовані перерви. ФЕФ = (366 – 104 – 0) · 8 · 1· (1– 3/100) = 2033,12 годин робочих місць робочих місця робочих місця ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 45 Для виконання операції 005, 010, 015 потрібно одне робоче по технології виконання операцій. Визначаємо загальний коефіцієнт завантаження робочого місця: Розрахунок чисельності основних виробничих працівників: ROI = N  Тшт , чол. 60ФЕФ К В (3.3) де КВ =1,02 – коефіцієнт виконання норми. На операції 005, 010, 015 приймаємо одного робітника. Керівників, службовців і допоміжних робітників на дільниці немає. Проведені розрахунки зводимо в таблицю 3.1. Таблиця 3.1 Зведена відомість працюючих на дільниці складання поршня Категорія Кількість По змінам В % від В % від працюючих чисельності загальної чол. 1 2 основних кількості робітників Основні 1 1 100 100 робітники Допоміжні робітники Керівники Всього 1 1 - - 100 Виробничу площу для виконання складальних робіт визначимо по формулі: АВИР.= R· KП, М2 ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата (3.4) Арк. 46 де R = 1 – чисельність робочих місць. КП= 10 ÷ 14 м2 - питома площа на одне робоче місце; Приймаємо КП =14 м2 АВИР = 1 · 14= 14 м2 Загальна площа дільниці: АЗ = АВИР + А СК., м2 (3.5) де А СК = 10м2 – площа складу продукції; АЗ = 14 + 10 = 24м2 Об’єм будови дільниці визначаємо по формулі: VБ = АЗ · h , м³ (3.6) де h = 6м - висота будови складального цеху ТДВ «Первомайськдизельмаш» VБ = 24 · 6 = 144м³ ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 47 4 ОРГАНІЗАЦІЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ ТА ПРОТИПОЖЕЖНИЙ ЗАХИСТ 4.1 Техніка безпеки та протипожежний захист на дільниці складання 4.1.1 Техніка безпеки на дільниці складання поршня а) Загальні відомості - Роботи по підготовці деталей поршня для подальшого їх складання повинні проводитись особами які досягли 18-ти років пройшовши медичну комісію, інструктаж по охороні праці і техніки безпеки, вивчивши конструкцію і роботу дизеля. - Робітник повинен дотримуватись правил внутрішнього розпорядку. - Кількість в повітрі парів і пилу не повинна перевищувати допустимої концентрації. - Під час роботи слюсар-складальник зобов’язаний користуватись спецодягом, спецвзуттям. - Дотримуватись правил особистої гігієни. Не використовувати для миття рук керосин, бензин і шкідливі речовини. - Робоче місце, побутові приміщення зберігати в чистоті. б) Вимоги техніки безпеки перед роботою - Робітник зобов’язаний надіти спецодяг, взуття. - Організувати робоче місце так, щоб все необхідне було під руками. - Переконатись в тому, що робоче місце добре освітлене. - Отримавши інструмент із складу переконатись у його справності. - Приймати зміну в тому випадку, робоче місце витерті і немає розливу масла і палива. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 48 - Вологість, температура, вібрації і шум не повинні перевищувати санітарні норми. г) Вимоги техніки безпеки по закінченню роботи - Привести в порядок робоче місце, інструмент, скласти його в кладову. - Доповісти майстру про всі несправності і неполадки. - Зняти робочий одяг і прибрати його в шафу. 4.1.2 Протипожежний захист на дільниці складання - Технологічне обладнання за нормальних режимів роботи повинно бути пожежобезпечним, а на випадок небезпечних несправностей та аварій необхідно передбачати захисні заходи, що обмежують масштаб та наслідки пожежі. - У вибухопожежонебезпечних та пожежонебезпечних приміщеннях (дільницях, майстернях, цехах тощо) та на устаткуванні, що становить небезпеку вибуху або займання, необхідно вивішувати знаки, які забороняють користування відкритим вогнем. - Технологічне устаткування, апарати і трубопроводи, в яких утворюються речовини, що виділяються пожежовибухонебезпечні пари, гази та пил, повинні бути герметичними - Не допускається виконувати виробничі операції на обладнанні, установках, верстатах з несправностями, які можуть спричинитися до займань та пожеж, а також коли відключені контрольно-вимірювальні прилади, за якими визначаються технологічні параметри (температура, тиск, концентрації парів, газів). 4.2 Розрахунок освітлення на дільниці складання Кількість світильників визначається за формулою: N= E  A  K3  Z , шт Фл  U  n (4.1) ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 49 де Е = 200лк - необхідна освітленість горизонтальної площини, відповідно до галузевих норм проектування штучного освітлення основних цехів промислових підприємств ВСН 196-83; А = 24 м2 - площа підлоги дільниці складання; Кз = 1,3 - коефіцієнт запасу при малому виділенні пилу; Фл = 1995 лм - світловий потік однієї лампи, приймаємо за таблицею 4 [8] для ламп ЛДЦ 40 – 4 ; n = 2 - кількість ламп в одному світильнику; Z = 1,1 коефіцієнт нерівномірності освітлення; U – коефіцієнт використання освітлювальної установки вибираємо за таблицею 5 [8] залежно від індексу приміщення та коефіцієнтів відбивання світла. Визначаємо індекс приміщення за формулою: i= LB , h  ( L + B) (4.2) де L = 6м – довжина дільниці складання; В = 4м – ширина дільниці складання; h – висота підвішування світильника над робочим місцем, м; h =H – hp – hc (4.3) H = 6м – висота приміщення; hp = 0,8м – висота робочої поверхні; hc = 1м – відстань від стелі до світильника. h =6 – 0,8 – 1 = 4,2м i= 64 = 0,57 4,2  (6 + 4) Коефіцієнти відбивання стелі – 70%, стін – 30%, підлоги – 10% приймаємо згідно [8] Виходячи із значень коефіцієнтів та індексу приміщення U = 0,27 згідно таблиці 5 [8]. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 50 N= 200  1,3  24  1,1 = 6,3шт. 1995  0,27  2 Згідно розрахунку приймаємо на дільниці складання сім світильників з лампами ЛДЦ 40 – 4. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 51 ЛІТЕРАТУРА 1. Двигуни 6ГЧН25/34. Инструкция по эксплуатации. – М.: Энергоэкспорт. – 105с. 2. Доценко С.М.,Бельський Ф.В.,Григоренко В.О. Методичні вказівки до виконання розрахунку робочого процесу, теплового балансу, теоретичної та дійсної індикаторної діаграм газового двигуна з дисципліни «Теорія двигунів внутрішнього згоряння» Первомайськ: ППІ , 2010. – 36 с. 3. Орлин А.С., Круглов М.Г. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей. – М.: Машиностроение, 1984. – 382 с. 4. Коваленко І.М., Василюк О.О. Методичні вказівки до виконання розрахунків основних деталей ДВЗ з дисципліни «Конструкція та динаміка ДВЗ». – Первомайськ: ППІ – 72 с. 5. Бельський Ф.В., Коваленко І.М. Дипломне проектування. Методичні вказівки до виконання та оформлення дипломного проекту студентами спеціальності 5.05050306 «Виробництво двигунів» – Первомайськ, 2013 – 44с 6. Натальчишина В.П., Брендуля М.Ф., Гиль О.О. Вимоги до оформлення курсових та дипломних проектів і робіт. Методичні вказівки для студентів інституту та коледжу. – Первомайськ: ППІ 2007 – 47с. 7. Керб П.П. ,,Основи охорони праці: Навч. посібник. – К.: КНЕУ, 2005 – 205с. 8. Сологуб Н.В. Економіка, організація і планування виробництва ДВЗ. Методичні вказівки до виконання курсової роботи. – Первомайськ: КППІ, 2008 – 27с. ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 52 9. Бельська М.В. Дипломне проектування. Методичні вказівки до виконання розділу дипломного проекту «Організація охорони праці та протипожежний захист» для студентів спеціальності 5.05050306 – «Виробництво двигунів» - Первомайськ, 2013 – 20с. . . ВСП ПФК НУК 133.431.24.19 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Арк. 53