Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Проект модернизации дизельного двигателя КамАЗ с регулируемой степенью сжатия

Содержание:

Введение. 4

1.
Обоснование тематики выпускной работы.. 6

1.1 Обзор
конструкций современных дизельных двигателей отечественного производства. 6

1.2 Обзор
конструкций современных дизельных двигателей зарубежного производства. 17

2. Расчет
параметров дизельного двигателя КамАЗ-740. 22

2.1 Расчет
рабочего цикла дизеля. 22

2.1.1 Выбор
и обоснование исходных данных теплового расчета. 22

2.1.2
Определение параметров процесса газообмена. 22

2.1.3
Параметры процесса сжатия. 25

2.1.4
Параметры процесса сгорания. 26

2.1.5
Параметры процесса расширения. 28

2.1.6
Параметры рабочего цикла. 30

2.1.7
Тепловой баланс двигателя. 34

2.1.8
Внешняя скоростная характеристика дизеля. 36

2.1.9 Расчет
и построение индикаторной диаграммы.. 38

2.2
Динамический расчет двигателя. 41

2.2 1
Приведение масс кривошипно-шатунного механизма. 41

2.2.2 Силы и
моменты в V — образном двигателе. 43

2.2.3
Набегающие моменты на коренные шейки коленчатого вала. 52

2.2.4
Набегающие моменты на шатунные шейки коленчатого вала. 57

2.2.5 Силы,
действующие на коренную шейку. 62

2.2.6
Построение диаграмм износа шеек коленчатого вала. 63

2.3 Расчет
систем двигателя. 65

2.3.1 Расчет
топливной системы.. 65

2.3.2 Расчет
системы смазки. 70

2.3.3 Расчет
системы охлаждения. 74

2.3.4
Профилирование кулачков распределительного вала. 75

2.4
Прочностной расчет основных деталей двигателя. 81

2.4.1 Расчет
поршневой группы.. 81

2.4.2 Расчет
шатунной группы.. 95

2.4.3 Расчет
коленчатого вала. 101

3.
Разработка механизма изменяемой степени сжатия. 102

3.1.
Обоснование выбранного технического решения. 102

3.2.
Геометрическая и действительная. 104

3.3. Влияние
степени сжатия на параметры дизеля и его основные показатели  108

3.4.
Сравнительный анализ расчетных характеристик двигателя. 108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 111

Список
использованной литературы.. 113

Введение:

Двигатель
внутреннего сгорания — это тепловая машина, которая служит для преобразования
тепловой энергии в механическую работу.

Сейчас
на долю автомобильного транспорта приходится более 80% объёма перевозок грузов
в нашей стране. Суммарная мощность ДВС в России превышает суммарную мощность
электростанций России в 8,5 раз.

Как
источник механической энергии поршневой двигатель внутреннего сгорания получил
господствующее применение энергетике и на транспорте. Это объясняется тем
обстоятельством, что по состоянию на сегодня на нашей планете нет более
экономичной тепловой машины. И названное преимущество поршневого ДВС сохранится
за ним, по оценкам учёных, на ближайшую перспективу, которая оценивается
примерно в 30…40 лет.

В
классе поршневых ДВС наиболее экономичными являются дизели. Это свойство
сообщается им благодаря высоким степеням сжатия рабочего тела, при которых
реализуется рабочий цикл таких машин.

Чем
выше степень сжатия, тем выше КПД двигателя. Однако реализация требования
повышения степени сжатия сопряжена с определёнными трудностями. И это
объясняется, прежде всего, видом используемых топлив: для обеспечения функционирования
дизелей применяют тяжёлые сорта топлив (так называемые дизельные топлива), а в
двигателях с внешним смесеобразованием (в перспективе – и в двигателях с
впрыском лёгкого топлива в цилиндр) используют лёгкие топлива (бензины). Эти
виды топлив существенно различаются по своим физико-химическим свойствам.

Дизельные
топлива легко воспламеняются, и поэтому дизельный двигатель не требует
специальной системы воспламенения горючих смесей (так называемой системы
зажигания): топливо, поданное в цилиндр, под действием высоких температур
сжатого воздуха воспламеняется само.

Тема
моей дипломной работы — Проект модернизации дизельного двигателя КамАЗ с
регулируемой степенью сжатия. Объект
проектирования — дизельный двигатель КамАЗ-740 с изменяемой степенью сжатия.

Предмет
проектирования — механизм для изменения степени сжатия дизельного двигателя
КамАЗ-740 Цель дипломного проекта –
спроектировать дизельный двигатель КамАЗ-740 с изменяемой степенью сжатия.

Для
достижения поставленной цели в ходе проектирования необходимо решить следующие
задачи:

· провести обзор конструкций современных
дизельных двигателей отечественного и зарубежного производства;

· рассчитать параметры дизельного двигателя
КамАЗ-740 — базового и модернизированного;

· разработать механизм для изменения степени
сжатия

Заключение:

Дизельный
двигатель на настоящий момент является основной энергетической установкой для
транспортных и сельскохозяйственных машин, дорожной и строительной техники,
мобильных электроагрегатов, техники специального назначения и др.

Главной
целью разработки силовых установок для транспортных машин является достижение
высоких массогабаритных показателей, т.е. малой удельной массы и большой
габаритной (объемной) мощности, высокой топливной экономичности, малой
токсичности отработавших газов, многотопливности, благоприятных тяговых
характеристик и высокой приемистости, приемлемой стоимости жизненного цикла,
рассчитанного на 20-летний срок службы машины, а также высокой надежности,
ремонтопригодности и долговечности.

Высокие
агрегатные и удельные мощности дизелей, а, следовательно, их значительные
динамические и тепловые нагрузки, приводят к необходимости находить все новые и
новые технические решения для достижения при этом высокой безотказности и
необходимого моторесурса.На протяжении всей истории двигателей внутреннего
сгорания разработчики любыми способами пытались выжать из них максимум мощности
и крутящего момента на единицу массы и рабочего объёма. Сделать это можно с
помощью уймы способов и технических ухищрений. Пожалуй, самый изысканный из них
– технология изменения степени сжатия.

Воплотить
технологию динамического изменения степени сжатия двигателей внутреннего
сгорания инженеры пытались на протяжении многих десятилетий, однако в металле –
на серийных машинах — она воплотилась совсем недавно, в 2016 году.

Целью
моей дипломного работы является — спроектировать дизельный двигатель КамАЗ-740
с изменяемой степенью сжатия.

В
ходе выполнения работы был проведен обзор конструкций современных дизельных
двигателей отечественного и зарубежного производства, рассчитаны параметры
дизельного двигателя КамАЗ-740 — базового и модернизированного, разработан
механизм для автоматического изменения степени сжатия.

Результаты
расчетов, что с увеличением степени сжатия выросли
показали
теплонапряженности, что привело к увеличению силовых
нагрузок в деталях кривошипно — шатунного механизма двигателя. Несмотря на это
обстоятельство, оказалось возможным использование элементов конструкции
базового двигателя, так как условия по обеспечению необходимой прочности
выполняются.

Степень
сжатия – важная характеристика двигателя внутреннего сгорания, определяемая
отношением объема цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке к
объему в верхней мертвой точке (объему камеры сгорания). Повышение степени
сжатия создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания топливно-воздушной
смеси и, соответственно, эффективного использования энергии. Вместе с тем,
работа двигателя на разных режимах и разных топливах предполагает разную
величину степени сжатия. Эти свойства в полной мере используются системой
изменения степени сжатия.

Система
обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, снижение расхода
топлива и вредных выбросов.

Создание
двигателя с переменной степенью сжатия достаточно сложная техническая задача, в
решении которой существует несколько подходов, заключающихся в изменении объема
камеры сгорания.

Фрагмент текста работы:

1. Обоснование тематики выпускной работы 1.1 Обзор
конструкций современных дизельных двигателей отечественного производства

Дизельный
двигатель на настоящий момент является основной энергетической установкой для
транспортных и сельскохозяйственных машин, дорожной и строительной техники,
мобильных электроагрегатов, техники специального назначения и др.

Главной
целью разработки силовых установок для транспортных машин является достижение
высоких массогабаритных показателей, т.е. малой удельной массы и большой
габаритной (объемной) мощности, высокой топливной экономичности, малой
токсичности отработавших газов, многотопливности, благоприятных тяговых
характеристик и высокой приемистости, приемлемой стоимости жизненного цикла,
рассчитанного на 20-летний срок службы машины, а также высокой надежности,
ремонтопригодности и долговечности.

Высокие
агрегатные и удельные мощности дизелей, а, следовательно, их значительные
динамические и тепловые нагрузки, приводят к необходимости находить все новые и
новые технические решения для достижения при этом высокой безотказности и
необходимого моторесурса. Основным путем снижения расхода топлива
является сокращение продолжительности процесса сгорания, которое должно
закончиться вблизи ВМТ. С этим связаны концепции по созданию более надежной
топливной аппаратуры, которая должна работать при более высоких давлениях с
тем, чтобы сократить длительность процесса впрыскивания с одновременным
распыливанием топлива, обеспечивающим быстрое хорошее смесеобразование
распыленного топлива с воздушным зарядом.

Требования
по снижению вредных выбросов в последнее время выходят на передний план, и
мероприятия по их достижению вступают в противоречие с требованиями по
обеспечению топливной экономичности.

ОАО
ПО «Алтайский моторный завод» выпускает семейство 4-цилиндровых и 6-цилиндровых
дизелей для тракторов, автогрейдеров, экскаваторов, комбайнов, насосных и
компрессорных станций, буровых установок, электроагрегатов мощностью от 48,5 до
132 кВт. Это четырехтактные дизели жидкостного охлаждения с непосредственным впрыском
топлива. Базовыми моделями семейств являются дизели А-41 и А-01М.

Все
двигатели имеют рядное расположение цилиндров. Диаметр цилиндра 130 мм и ход поршня
140 мм. Двигатели разработаны на основе максимальной унификации по деталям и
агрегатам. Кроме того, дизели унифицированы по основным деталям клапанного
механизма с дизелями ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. Наличие турбонаддува и муфты сцепления
расширяют область использования дизелей и улучшают их технические параметры.

Для
обеспечения работы гидросистем потребителей двигатели комплектуются
шестеренными насосами НШ 50А-3-Л, НШ 50У-3-Л или НШ 32У-3-Л.

Степень
сжатия дизелей безнаддувных модификаций e=16. Наддувные модификации
имеют пониженную степень сжатия до e=15,5. Эти
значения степени сжатия обеспечивают уверенный запуск при отрицательных
температурах и приемлемые значения Pz особенно на режиме максимального
крутящего момента. Вместе с тем, для обеспечения запуска двигатели
комплектуются пусковыми двигателями ПД- 10У или П-10УД, П-350

Шестицилиндровые
двигатели дополнительно комплектуются двухскоростными редукторами и
декомпрессорами. Данные дополнительные пусковые приспособления обеспечивают
надежный запуск дизеля при отрицательных температурах. Четырехцилиндровые
двигатели обеспечены односкоростным редуктором. Двигатели Д-442-1 и Д-440-11
комплектуются электростартерами СТ- 142Б1.

На
основе дизелей семейства А-41, А-01М разработаны модули дизельные серии МД,
предназначенные для использования в качестве автономных силовых установок на
компрессорных станциях, электроагрегатах и другой технике. Модуль – это дизель,
установленный на раму на амортизаторах и оборудованный различными системами и
механизмами.

Волгоградский
моторный завод — сравнительно молодое предприятие. Его история началась с
широкого внедрения дизельных двигателей в машинотракторном парке страны. В 1963
году в условиях еще незавершенного строительства был собран и испытан первый
дизель с маркой завода Д-54 мощностью 54 л.с.

В
1971 году началась коренная реконструкция производства и его подготовка к
выпуску семейства мощных дизелей воздушного охлаждения, предназначенных для
установки на бульдозеры и трубоукладчики.

Начиная
с 1976 года, началось производство мощного двигателя 8ДВТ-330. Все двигатели
производства ОАО «ВгМЗ» с воздушным охлаждением и газотурбинным наддувом.

Двигатели
выполнены по V-образной схеме расположения цилиндров с углом развала 900,
индивидуальными цилиндрами и головками цилиндров, блочным топливным насосом,
установленным в развале цилиндров, и трехсекционным «сухим» картером,
являющимся одновременно резервуаром для смазочного масла двигателя.

Двигатели
В-400, В-500Б и В-500Д имеют воздухо-воздушный теплообменник и двухступенчатый
вентилятор системы охлаждения двигателя и наддувочного воздуха. Для
дополнительного охлаждения наддувочного воздуха впускные коллекторы имеют
наружное оребрение, обдуваемое потоком воздуха от вентилятора.

Подвод
отработавших газов к турбине турбокомпрессора осуществляется двухтрубными
импульсными выпускными коллекторами, объединяющими попарно выпускные патрубки 1
— 2 и 3 — 4 цилиндров левого блока, 5 — 7 и 6 — 8 цилиндров правого блока, в
соответствии с чередованием тактов выпуска. Для компенсации тепловых расширений
выпускные коллекторы выполнены разъемными, и в месте стыковки отдельных частей
установлены сильфонные компенсаторы.