Кафедра автомобильного транспорта МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по проведению ПРАКТИЧЕСКИХ занятий по дисциплине «КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК» для студентов очного и заочного обучения Направление подготовки 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Конструкция и основы расчета энергетических установок » I. Общие положения Целью изучения дисциплины «Конструкция и основы расчета энергетических установок» является: • изучение конструкции силовых агрегатов транспортных и технологических машин, автомобилей и тракторов, их основных механизмов и систем; • выполнение эксплуатационных, проектных и конструкторских расчетов основных механизмов и систем силовых агрегатов транспортных и технологических машин; • формирование знаний и умений выполнения расчета и проектирования основных механизмов и систем силовых агрегатов транспортных и технологических машин с учетом условий эксплуатации. К основным задачам относятся: выработка знаний, умений и навыков по выполнению расчета агрегатов и систем двигателей транспортных и технологических машин; изучение нормативно-расчетной документации и выработка навыков по ее применению при эксплуатации и ремонте транспортных и технологических машин; ознакомление с альтернативными энергетическими установками транспортных и технологических машин. В результате освоения дисциплины студент должен знать: области применения силовых агрегатов транспортных и технологических машин, их составных частей, основных механизмов и систем; методы выполнения расчета и конструирования основных механизмов и систем силовых агрегатов транспортных и технологических машин с учетом условий эксплуатации. Студент должен уметь: разрабатывать техническую документацию, предложения и мероприятия по осуществлению ремонта и сервисного обслуживания основных механизмов и систем силовых агрегатов транспортных и транспортно-технологических машин; использовать специальную нормативную литературу, справочники, стандарты, нормали; осуществлять поиск оптимальных решений с учетом требований к уровню качества, надежности II. Содержание практического раздела дисциплины (модуля) Практические занятия ВВЕДЕНИЕ В современном мире много различных двигателей, но в настоящее время самым распространенным и доступным является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Современные двигатели колесных и гусеничных машин представляют собой сложные технические устройства, воплотившие в себе многие достижения науки и инженерной мысли. Но развитие конструкторской мысли не стоит на месте, а совершенствуется, как в самих машинах, так и в их силовых установках, что невозможно без глубоких знаний конструкции техники и процессов, сопровождающих ее работу. Глубокие знания конструкции и основ расчета двигателей, становятся особенно необходимы в настоящее время, когда при непрерывном усложнении автомобильной техники не только возрастают требования к её надежности и долговечности, но и наблюдается резкий рост техники в количественном отношении, причем создаются и разрабатываются специальные образцы колесных и гусеничных машин, предназначенных для использования в различных регионах страны и не только. Изучение принципов, лежащих в основе конструирования двигателей, необходимо не только конструкторам и исследователям, создающим силовые установки, но и тем, кто в дальнейшем будут эксплуатировать силовые установки. Исходя из особенностей условий эксплуатации колесной и гусеничной техники, к двигателям выдвигаются ряд требований, которые оказывают определенное влияние на конструкцию отдельных систем и механизмов, а иногда и самого двигателя в целом. Требования, предъявляемые к конструкции двигателя: иметь достаточно высокий запас мощности, с тем, чтобы обеспечить высокие динамические качества машины (разгон, максимальную и среднюю скорость); быть высокоэкономичным; легко запускаться и быстро выходить на рабочие режимы в любых условиях; обладать высокой эксплуатационной надежностью при минимальных затратах сил и средств, а также времени на обслуживание; иметь большой срок службы; не создавать существенных помех работе различной радиоэлектронной аппаратуры. Поэтому наряду с изучением курса конструкция и основы расчета энергетических установок в учебных планах предусматривается обязательное выполнение студентами контрольной работы по расчету элементов и систем ДВС. Контрольная работа способствует закреплению, углублению и обобщению теоретических знаний, а также применению этих знаний к комплексному решению конкретной задачи по исследованию и расчету ДВС; оно развивает у студента творческую инициативу и самостоятельность, повышает его интерес к изучению дисциплины и прививает некоторые навыки научно-исследовательской работы. Практическая работа 1 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ Цель работы: приобретение практических навыков по определению основных параметров двигателя. 1.1. Разработка двигателя Создание двигателей представляет собой очень сложный и трудоемкий процесс, связанный с необходимостью решения целого ряда технических проблем конструктивного и производственного характера. Процесс проектирования начинается с разработки и выдачи технического задания. На основе задания составляется эскизный проект с применением необходимых графических и расчетных материалов. После утверждения эскизного проекта и внесения в него необходимых изменении разрабатывается технический проект. Завершающим этапом разработки является испытание и доводка опытных образцов, и сдача в процессе приемно-сдаточных испытаний 1.2. Определение потребной мощности двигателя Ориентировочное значение мощности проектируемого двигателя могут быть получены, исходя из удельной мощности двигателя, приходящейся на одну тонну собственного веса машины [1]. Ne=0,001NG Gm , л.с, где NG -удельная мощность машины, л.с./т; Gm – собственная масса машины, кг. 1.3. Выбор конструктивных параметров двигателя Основные размеры двигателя (D- диаметр цилиндра; SП- ход поршня; Rрадиус кривошипа; L- длина шатуна) определяются исходя из выбранных значений соответствующих параметров и значений среднего эффективного давления, полученного обычно путем теплового расчета. Число и расположение цилиндров – количество определяется рабочим объемом двигателя и оптимальными с точки зрения ориентации и протеканием рабочего процесса размерами его одного цилиндра. Рабочий объем двигателя определяется [2]: VЛ N е 30 , л, Рi n где Nе – эффективная мощность, кВт; τ – тактность двигателя (принимается); Pi – среднее эффективное давление, МПа ; n- максимальное число оборотов двигателя, об/мин. Ход поршня определяется [3]: SП = VПср.· 30 / n, м, где VПср.– средняя скорость поршня, м/с; n – обороты двигателя, об/мин. Диаметр цилиндра определяется [3]: D= VЛ , м, SП i где τ – тактность двигателя (принимается); VЛ – рабочий объем двигателя, м3; SП – ход поршня, м; i – число цилиндров (принимаем) [4]: - для карбюраторных двигателей при рабочем объеме Vh≤3л обычно число цилиндров i=4, при Vh=3-5л; i=6 и в некоторых случаях i=8 при Vh≥5л; i=8; - в дизелях при Vh≤7л i=4, при Vh=12 -20 i=8 при Vh>20 i=12. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра определяется: = SП /D . Для современных моделей двигателей автотракторного типа значения величины равны: - для карбюраторных двигателей – 0,70 – 1,0; - для дизелей средней быстроходности – 1,0 – 1,4; - для быстроходных дизелей – 0,75 – 1,05. Радиус кривошипа: R = SП /2 , мм. Длина шатуна: L = R / λ , мм, где λ = 0,257 – принимается из соотношения = R/ L = 0,21…0,30 [2]. Практическая работа 2 НЕПОДВИЖНЫЕ ЧАСТИ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА Цель работы: приобретение практических навыков по расчету неподвижных частей кривошипно-шатунного механизма. 2.1 Расчет гильзы [2] c. 272-275. 2.2. Определение параметров головки блока цилиндров [2] c. 276-277. 2.3. Расчёт шпилек головки цилиндров [2] c. 277-281. Практическая работа 3 ПОДВИЖНЫЕ ЧАСТИ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА Цель работы: приобретение практических навыков по расчету подвижных частей кривошипно-шатунного механизма. 3.1. Определение параметров поршня [2] c. 204-206. 3.2. Расчет поршневого пальца [2] c. 216-219. 3.3. Определение параметров шатуна [2] c. 222, [4] c. 52-54. 3.4. Определение параметров шатунных болтов [4] c. 55-56. 3.5. Определение параметров коленчатого вала [4] c. 57-62. 3.6. Компоновка кривошипно-щатунного механизма на продольном разрезе [4] c. 68-72. Практическая работа 4 КОНСТРУКЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ Цель работы: приобретение практических навыков по выбору параметров деталей механизма газораспределения. 4.1. Клапаны [4] c. 73-78. 4.2. Сёдла клапанов [4] c. 78-79. 4.3. Направляющие втулки [4] c. 79-82. 4.4. Клапанные пружины [4] c. 82-84. 4.5.Коромысла (Рис. из [2] c.287), [4] c. 85-86. 4.6.Толкатели [4] c. 86-87. 4.7. Распределительный вал [4] c. 88-90. Практическая работа 5 РАСЧЕТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ Цель работы: приобретение практических навыков по расчету двигателя. 5.1. Система смазки (схема из [4] c. 96), [2] c. 361-364. 5.2. Система охлаждения (схема из [5] c. 55). 5.2.1. Расчет водяного насоса [2] c. 374-377. 5.2.2. Расчет поверхности охлаждения водяного радиатора [2] c. 378-380. 5.2.3. Расчет вентилятора системы охлаждения [2] c. 381-383. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие.- М.: ФОРУМ: ИНФРА - М, 2005.- 368 с. 2. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов.- М.: Высш. школа. 1980. – 400 с. 3. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей.- М.: Колос, 1984.- 335 с. 4. Степанов В.М. Конструкция и расчет двигателя внутреннего сгорания: Учебное пособие для студентов специальности 230100.02 / В.М. Степанов, Югорский государственный университет, 2009.- 100 с. 5. Вишняков Н.Н., Вахламов В.К., и др. Автомобиль. Основы конструкции.М.: Машиностроение, 1976.- 296 с.