Главная | Обратная связь

Практическое занятие №22

 

Тема: Построение диаграммы касательных усилий для одного цилиндра и многоцилиндрового двигателя

Цель:ознакомление с методикой построения диаграммы

 

Материальное обеспечение:

1. Миклос А.Г., Чернявская Н.Г., Червяков С.П. Судовые двигатели внутреннего сгорания, 1986.

2. Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине «Судовые энергетические установки и их эксплуатация», 1985.

3. Справочная литература.

 

Вводный контроль:

Для определения касательной силы при любом значении угла поворота кривошипа в пределах цикла, то есть от 0 до 720º для четырехтактных и от 0 до 360º для двухтактных двигателей, необходимо построить диаграмму касательных сил, которая наглядно покажет характер и закономерность изменения касательной силы за цикл.

Краткая теория

 

Касательная сила представляет собой произведение движущей силы на тригонометрическую функцию углов φ и β. Следовательно, для построения кривой касательных усилий предварительно необходимо построить диаграмму движущих сил. Известно, что движущая сила равна алгебраической сумме сил от давления газа, силы тяжести поступательно движущихся частей и их сил инерции. Подобное суммирование удобно провести графически, для чего следует все три составляющие силы привести к единице измерения давления газов, Па. В формуле сил инерции эти достигается заменой всей массы М движущихся частей массой «m», приходящейся на единицу площади поршня m = M/F, где F – площадь днища поршня, м².

 

Ри = - m R ω²(cosφ + λcos2φ)

 

Силы тяжести поступательно движущихся частей и давление газов, отнесенные к единице площади поршня, обозначим соответственно Рв и Рч.

Давление газов на поршень в зависимости от его положения определяется по индикаторной диаграмме расчетного цикла.

 

Порядок выполнения работы:

 

Построим диаграмму касательных усилий для одного цилиндра (рис.16.5).

 

 

Рис.16.5 Диаграмма касательных усилий для одного цилиндра

 

Масштабы остаются прежними. Умножив значение ординат Pg на отношение (sin(φ + β))/cos β, которое определяется из специальных таблиц (для принятого значения λ), получим ординаты кривой касательных сил Рк. Положительные значения касательных сил откладывают вверх от оси абсцисс, отрицательные - вниз. Касательная сила равна нулю в точках, соответствующих наклону кривошипа 0, 180, 360, 540, 720º, так как в этих точках значение функции sin(φ + β)/cosβ = 0. Касательная сила равна нулю также в точках пересечения кривых сил давления газов и сил инерции. На промежуточных участках, где направление движущей силы совпадает с направлением движения поршня, касательная сила имеет знак «плюс», а на остальных участках – знак «минус».

Соединив концы ординат плавной кривой, получим диаграмму изменения касательных сил для одного рабочего цилиндра за полный цикл.

За весь период от 0 до 720º, соответствующий одному циклу, касательная сила многократно меняет направление (знак) на обратное и один раз достигает максимального положительного значения Рк_max. В дизелях Рк_max обычно наблюдается через 20-30º за ВМТ на ходе расширения (угол на рис.16.5).

Изменение касательного усилия многоцилиндрового двигателя представляется суммарной диаграммой касательных усилий (рис.16.6), которая для всех цилиндров может быть построена путем суммирования ординат кривых касательных усилий от всех цилиндров, сдвинутых по отношению один к другому на угол заклинивания кривошипов φ_о, который из условия равномерности вращения коленчатого вала принимают равным φ_о = 360/kz.

На рис.16.6 суммарная кривая построена для одного участка φ_о. На остальных участках она будет повторяться. Если построение диаграммы отнести к четырехтактному шестицилиндровому двигателю (φ_о = 120º), то полная суммарная диаграмма будет иметь шесть таких участков за цикл.

 

Рис.16.6 Суммарная диаграмма касательных усилий

 

Суммарную диаграмму касательных усилий можно превратить в диаграмму вращающихся моментов, если по оси ординат откладывать значение вращающихся моментов (Мвр = Σр_кR) для различных значений φ. В этом случае площадь диаграммы, ограниченная кривой, будет изображать работу, которую совершает двигатель за один цикл, так как произведение Мвр φ в общем случае представляет собой работу при вращательном движении.

При разных углах кривошипа полезный крутящий момент двигателя будет различным, а момент сопротивления, который должен преодолевать двигатель, обычно постоянен. Усилие, создающее этот момент, равно некоторому среднему касательному усилию t_ср.

Для определения ординаты среднего касательного усилия необходимо спланировать ΣF площадь, ограниченную линией абсцисс и суммарной кривой касательных усилий, разделив ее на длину l диаграммы:

t_cp = ΣF / l*a

где a – масштаб сил, МПа;

l – длина диаграммы, м;

F – площадь диаграммы, м².

В принятом масштабе ординату t_cp наносят на суммарную диаграмму касательных усилий и проводят линию, параллельную оси абсцисс, которую называют линией среднего сопротивления. Определить ординату t_cp можно также в зависимости от среднего индикаторного давления

t_cp = Pi k z / П

 

Если условно рассматривать суммарную диаграмму касательных усилий как диаграмму вращающихся моментов, то площадки, расположенные выше средней линии сопротивлений (на рис.16.6 заштрихованы), будут пропорциональны избыточной работе движущейся силы, поглощаемой маховиком и вращающимися массами подвижных частей двигателя. Площадки, расположенные ниже линии t_cp, будут пропорциональны работе, отдаваемой движущимися частями и маховиком в период, когда Рк меньше своего среднего значения.

 

Содержание отчета:

1. Тема и цель практического занятия.
2. Материальное обеспечение.
3. Отчет о проделанной работе.

Заключительный контроль:

1. Как изображаются положительные и отрицательные значения касательных сил?
2. В каких точках диаграммы касательная сила равна нулю?
3. При каких градусах касательная сила имеет максимальное значение?
4. Как выглядит суммарная кривая касательных сил?
5. Определение t_cp на диаграмме.
6. Определение избыточной работы движущихся сил.
7. Что отображают площадки, расположенные ниже t_cp?

 

Литература:

1. Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине «Судовые энергетические установки и их эксплуатация», 1985.
2. Миклос А.Г., Чернявская Н.Г., Червяков С.П. Судовые двигатели внутреннего сгорания, 1986.