Расчет основных характеристик двигателя

Практическая работа №9 Расчет основных характеристик машин постоянного тока
учебно-методический материал

Практическая работа №9

Тема: «Расчет основных характеристик машин постоянного тока».

Цель работы: рассчитать основные параметры двигателя постоянного тока.

Рисунок 10.1 — Машина постоянного тока:

1—вал; 2—передний подшипниковый щит; 3—коллектор;

4—щеткодержатель;

5— сердечник якоря с обмоткой;

6— сердечник главного полюса;

7— полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит;

10—вентилятор; 11—лапы; 12 — подшипник

Электрическая машина постоянного тока состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рисунок 10.1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочных полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Главное его назначение — создание магнитного потока. Станина изготавливается из стали, к ней болтами крепятся главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты. Сверху на станине имеются кольца для транспортирования, снизу — лапы для крепления машины к фундаменту. Главные полюса машины набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 -1 мм с целью уменьшения потерь, которые возникают из-за пульсаций магнитного поля полюсов в воздушном зазоре под полюсами.

На сердечник надевают обмотку возбуждения, по которой проходит ток, создавая магнитный поток. Обмотка возбуждения наматывается на металлический каркас, оклеенный электрокартоном (в больших машинах), или размещается на изолированном электрокартоном сердечнике (малые машины). Для лучшего охлаждения катушку делят на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Добавочные полюса устанавливаются между главными. Они служат для улучшения коммутации. Их обмотки включаются последовательно в цепь якоря, поэтому проводники обмотки имеют большое сечение.

Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря собирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и спрессовывается с обеих сторон с помощью нажимных шайб.

Схема и параметры двигателя параллельного возбуждения

Я – обмотка якоря двигателя;

ОВ – обмотка возбуждения двигателя;

RРОВ – сопротивление для изменения тока в обмотке возбуждения;

RП – пусковой реостат.

Рисунок 10.2 – Схема двигателя параллельного возбуждения

1 Напряжение сети, подведенное к двигателю –U, В;

2 Сопротивление обмотки якоря двигателя –RЯ, Ом;

3 Сопротивление обмотки возбуждения –RВ, Ом;

4 Номинальная частота вращения якоря двигателя –nН, об/мин;

5 Противо-ЭДС (Е), которая индуктируется в обмотке якоря при его вращении в магнитном поле с номинальной частотой;

6 Ток в обмотке якоря

7 Ток в обмотке возбуждения

8 Номинальный ток, потребляемый двигателем из сети

9 Мощность, потребляемая двигателем из сети

10 Потери мощности в двигателе — ∆Р, Вт

11 Полезная мощность двигателя

12 Коэффициент полезного действия двигателя

13 Вращающий момент двигателя

14 В момент включения двигателя под напряжение при n = 0 противо-ЭДС E обмотке якоря не индуктируется и ток в ней может достигнуть значения, многократно превышающего номинальный ток.

Для ограничения пускового тока в цепь обмотки якоря вводится пусковое сопротивление , которое по мере увеличения частоты вращения постепенно уменьшается. При номинальной частоте пусковое сопротивление RП = 0.

В практической работе определить из условия увеличения пускового тока по сравнению с номинальным в 1,5 раза

Порядок выполнения расчета

1 Выписать исходные данные (таблица 10.1) согласно варианту и вычертить схему включения двигателя постоянного тока в цепь (рисунок 10.2).

Источник

Расчет параметров двигателя

Тепловой расчет двигателя и построение баланса, происходящие в нем технологические процессы. Построение индикаторных диаграмм и их анализ. Динамический расчет исследуемого двигателя и его уравновешивание. Определение параметров и проектирование деталей.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 01.10.2015
Размер файла 398,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются от других типов компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время особое внимание уделяется снижению токсичности выбрасываемых в атмосферу газов, вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Читайте также:  Почему не прокручивается двигатель

Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций, повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях.

1. Тепловой расчет двигателя

Тип двигателя: Карбюраторный 4-х тактный, 8-ми цилиндровый.

Частота вращения коленчатого вала n=2700 об/мин;

Степень сжатия е=7,6;

Эффективная мощность (берется по стандартной скоростной характеристике двигателя для заданной частоты вращения) Ne=90кВт;

Коэффициент избытка воздуха б=0,90;

Топливо — бензин АИ-80 ГОСТ Р51105-97. Средний элементарный состав и молекулярная масса: С=85,5%, Н=14,5%, О=1%, =115 кг/кмоль. Низшая расчетная теплота сгорания топлива 43930 кДж/кг.

Параметры рабочего тела

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

Определяем количество свежего заряда

Определяем общее количество продуктов сгорания

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем ТГ =1000К;

Принимаем температуру подогрева свежего заряда

Определяем плотность заряда на впуске

где Rв=287 Дж/кг град — удельная газовая постоянная для воздуха.

В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент, а скорость движения заряда м/с.

Определяем потери давления на впуске в двигатель

Определяем давление в конце впуска

Определяем коэффициент остаточных газов

Определяем температуру в конце впуска

Определяем коэффициент наполнения

Определяем показатель адиабаты сжатия k1 в функции и Та, по номограмме.

Определяем показатель политропы сжатия n1 в зависимости от k1, который устанавливается n1=1,345 k1=1,3657

Определяем давление в конце сжатия

Определяем температуру в конце сжатия

Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов)

Определяем число молей остаточных газов

Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания

Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в карбюраторном двигателе при постоянном объеме, при 1

Определяем число молей газов после сгорания

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

Принимаем коэффициент использования теплоты .

Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz индикаторной диаграммы при сгорании 1 кг топлива определится, как

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания

Определяем давление в конце процесса сгорания (теоретическое)

Определяем давление в конце процесса сгорания (действительное)

Определяем степень повышения давления

Показатель политропы расширения карбюраторного двигателя определяем по номограмме, учитывая, что его значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения k2.

Определение показателя политропы расширения производим следующим образом. По имеющимся значениям е и ТZ определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки б=1, получая какое-то значение k2. Далее двигаемся по этой кривой k2 до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения б. Ордината точки пересечения дает искомое значение n2=k2=1,2604.

Определяем давление процесса расширения

Определяем температуру процесса расширения

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5%).

Индикаторные параметры рабочего цикла

Определяем среднее индикаторное давление цикла для неокругленной индикаторной диаграммы

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы

Определяем индикаторный КПД

Определяем индикаторный удельный расход топлива

Эффективные показатели двигателя

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня W=15 м/с.

Определяем среднее давление механических потерь учитывая, что , .

Определяем среднее эффективное давление

Определяем механический КПД

Определяем эффективный КПД

Определяем эффективный удельный расход топлива

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра

Выбираем значение =S/D=0,95

Определяем диаметр цилиндра , мм, а затем округляем его до целого цисла.

Определяем ход поршня S=D, мм,

Определяем площадь поршня Fп=D 2 /4, см 2 ,

Определяем рабочий объем цилиндра Vh=D 2 S/4, л,

Определяем среднюю скорость поршня

сравниваем ее значение с ранее принятым.

Определяем значение расчетной эффективной мощности

Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением

2. Построение индикаторных диаграмм

Построение свернутой индикаторной диаграммы ДВС производится по данным теплового расчета. Диаграмма строится в прямоугольных координатах Р-S, где S — ход поршня. Для построения используются следующие масштабы:

масштаб давления р=0,04МПа/мм.

масштаб перемещения поршня S=1 мм S/мм чертежа.

От начала координат в масштабе S по оси абсцисс откладывают значения приведенной высоты камеры сжатия Sс и хода поршня S. При этом

По оси ординат в масштабе р откладываются величины давлений в характерных точках а, с, z, z, b, r диаграммы, а также значение Ро.

Построение политроп сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам (8…10 значений). Значения давлений в промежуточных точках политропы сжатия подсчитываются по выражению

Читайте также:  Как заменить заглушки на блоке двигателя уаз

а для политропы расширения по выражению

Рассчитанные значения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Значения давлений в промежуточных точках политропы сжатия и расширения

Для перестроения полученной индикаторной диаграммы в развернутом виде графоаналитическим методом под ней строят полуокружность радиусом R, имея в виду, что S=2R. Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы 20 о и точки соединяют радиусами с центром. Затем центр смещают вправо на величину мм (поправка Брикса). Из нового центра строят лучи, параллельные ранее проведенным радиусам. Из новых точек на окружности проводят вертикальные линии до их пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Точки пересечения дают значения Ргазов при этих углах поворота кривошипа. Линию Ро свернутой диаграммы продолжают вправо, обозначая на ней значения углов поворота кривошипа в масштабе 1 мм=2 о . Значения Ргазов (МПа) берут от линии Ро и откладывают на развертке. Полученные точки соединяют плавной кривой.

3. Расчет теплового баланса двигателя

В общем виде тепловой баланс двигателя определяется из следующих составляющих

где -общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом, Дж/с;

-теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за время 1с, Дж/с;

-теплота, потерянная с отработавшими газами, Дж/с;

-теплота, передаваемая охлаждающей среде, Дж/с;

-теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, Дж/с;

-неучтенные потери теплоты, Дж/с.

Общее количество теплоты определится по формуле

где -часовой расход топлива, кг/ч.

Теплота эквивалентная эффективной работе двигателя, определится по формуле

Теплота, потерянная с отработавшими газами определится по формуле

-теплоемкость отработавших газов определяются по таблицам [3].

— теплоемкость свежего заряда.

Теплота, передаваемая окружающей среде, определится по формуле:

где с-коэффициент пропорциональности, с=0,45…0,53

m-показатель степени, m=0,5…0,7 для 4-х тактных двигателей.

Неучтенные потери теплоты определятся по формуле

Составляющие теплового баланса сводим в табл. 3.1

Таблица 3.1. Основные величины теплового баланса двигателя

Составляющие теплового баланса

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

Теплота, эквивалентная эффективной работе

Теплота, потерянная с отработавшими газами

Теплота, передаваемая охлаждающей среде

Неучтенные потери теплоты

4. Динамический расчет двигателя

Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью проводят динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

1. Строится индикаторная диаграмма.

2. троится диаграмма фаз газораспределения, а под нею схема кривошипно-шатунного механизма с указанием точек приложения и знаков (+,-) действия сил.

3. Построенная скругленная индикаторная диаграмма, пользуясь методом Брикса, развёртывается в диаграмму избыточных сил давления газов Ргазов (МПа) по углу поворота коленчатого вала в масштабе 1 мм=2 о .

4. Строятся графики перемещения, скорости и ускорения поршня, ширина графиков равна 2R.

5. Руководствуясь найденными размерами двигателя (S и D), определяется масса частей, движущихся возвратно-поступательно, и масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели задаемся конструктивными массами поршневой и шатунной группы, пользуясь табл. 4.1.

Значение масс поршня, шатуна и коленчатого вала определяются по формуле

где — конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня, (табл. 4.1. /1/).

Производим расчет полного значения масс, кг

Масса частей, движущихся возвратно-поступательно:

Масса вращающихся деталей:

Для V-образного двигателя масса вращающихся деталей определяется по формул

Соответствие выбранных масс проверяем по формуле:

где R-радиус кривошипа, м;

-угловая скорость коленчатого вала, ;

-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Максимум удельной силы, для ЗМЗ — 5234 при n=2700 об/мин, не должен превышать =1,4…1,8 МПа;

Удельную силу инерции движущихся масс определяем по формуле

6 Производится расчёт сил, действующих в КШМ, Н:

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс,

Центробежной силы инерции вращающихся масс,

Центробежная сила инерции вращающихся масс является результирующей двух сил:

— силы инерции вращающихся масс шатуна

— силы инерции вращающихся масс кривошипа

Суммарной силы, действующей на поршень,

где РГ -сила давления газов,

Нормальной силы, перпендикулярной к оси цилиндра,

Силы, действующей вдоль шатуна,

Нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа,

Тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа,

Значения тригонометрических функций для выбранного значения берутся из таблиц /1/. Расчет всех действующих сил производим через двадцать градусов поворота коленчатого вала. В интервале резкого повышения давления (приблизительно от до п.к.в.) расчет ведется через

Данные расчетов сил для различных углов сводятся в таблицу 3.

Таблица 4.1. Числовые значения давлений и сил, действующих в КШМ

7. По рассчитанным данным строятся графики изменения сил, в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Читайте также:  Как собрать двигатель на яве 638

8. Для построения полярной диаграммы наносятся прямоугольные координаты силы Т по горизонтали и силы К по вертикали. Для принятых в расчетах величин углов поворота коленчатого вала строится полярная диаграмма силы S, то есть откладываются ее составляющие (Т — по горизонтали, К — по вертикали), получая последовательно концы вектора S. Полученные точки 1, 2 и т.д. последовательно в порядке углов соединяют плавной кривой.

9. Для нахождения результирующей силы RШ.Ш на шатунную шейку необходимо полюс О переместить по вертикали вниз на величину вектора КR.ШR.Ш ==-5,1 . 0,0485 . 282,6=2,47 кН — центробежная сила действующая на шатун, постоянна по величине и направлению) и обозначить эту точку ОШ. Затем вокруг точки ОШ проводится окружность любого радиуса, удобнее — радиусом шатунной шейки RШ.Ш.min. Точка ОШ соединяется с точками 1, 2 и всеми остальными через 20 о тонкими прямыми линиями, конец которых должен выходить за пределы окружности. Вектор ОШ— для каждого угла дает и направление и значение результирующей силы (нагрузки) RШ.Ш.=S+KR на шатунную шейку.

10. Для построения развертки диаграммы нагрузки RШ.Ш в прямоугольные координаты через точку ОШ проводится горизонтальная линия, служащая осью углов . Углы обозначаются через выбранные 30 о в пределах 0-720 о и через эти точки проводятся вертикали. Для каждого угла , 1, 2 и т.д. берется значение результирующей силы RШ.Ш с полярной диаграммы нагрузки и откладывается по вертикали, причем все значения RШ.Ш считаются положительными. Точки соединяются плавной кривой результирующей силы RШ.Ш.=S+KR.Ш. На графике развертки обозначают точки (RШ.Ш)max, (RШ.Ш)min, (RШ.Ш)ср.

Средняя удельная нагрузка на подшипник, отнесенная к единице площади его диаметральной проекции, определится, как:

где: — диаметр шатунной шейки;

— рабочая ширина вкладыша (принимаем).

Если переместить центр ОШ вниз на значение силы КR, получим результирующую силу, действующую на колено вала.

11. Пользуясь полярной диаграммой, строим диаграмму износа шейки, дающую условное представление о характере износа в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку, и происходит в секторе 60 о от мгновенного направления силы S.

Для этого ниже полярной диаграммы строится еще одна окружность, радиусом RШ.Ш.min. К внешней стороне окружности прикладываются векторы усилий, параллельные соответствующим векторам Ош— полярной диаграммы (параллельно силам S) так, чтобы линия действия их проходила через центр.

Значение усилий RШ.Ш. для каждого угла берется с развернутой диаграммы нагрузки, и под углом 60 о к направлению каждого усилия в обе стороны проводятся кольцевые полоски, высота которых пропорционально этому усилию. Суммарная площадь этих полосок в итоге представляет собой условную диаграмму износа. На диаграмме износа шейки видна зона наибольших и наименьших давлений на нее. В месте наименьших давлений проводится осевая линия, где должно выводиться отверстие подвода масла к подшипнику.

12. Под графиком развернутой диаграммы нагрузки строят кривую суммарного индикаторного крутящего момента. Для этого по оси абсцисс откладывают значение угла поворота кривошипа в пределах от 0 о до 720/8=90є.

По оси ординат откладывается значение крутящего момента, равное

значение силы Т берется с построенного на листе 1 графика.

Предполагается, что крутящий момент в отдельных цилиндрах изменяется одинаково, лишь со сдвигом на угол =720/i. Поэтому берется участок силы Т в пределах от 0 о до (720/i) о , значение ее умножается на радиус кривошипа и полученные значения крутящего момента откладываются на строящемся графике. Затем берется следующий равный участок силы Т и т.д. Таким образом, получается число кривых крутящего момента, равное i.

Кривая суммарного индикаторного крутящего момента многоцилиндрового двигателя на участке получается путем графического суммирования полученного числа i кривых крутящих моментов для отдельных цилиндров. Среднее значение индикаторного момента определится, как

где F1 и F2 — положительная и отрицательная площади диаграммы,

Ввиду того, что при построении диаграммы индикаторного крутящего момента двигателя не учитывались затраты на трение, привод вспомогательных механизмов и т.д., для получения значения действительного эффективного крутящего момента необходимо учесть величину механического КПД:

Полученное значение среднего эффективного крутящего момента следует сопоставить с расчетным значением

Отклонение графически полученного значения момента от его расчётного значения не превышает ±5%.

На первом листе строятся также графики перемещения, скорости и ускорения поршня.

jп=Rщ 2 (cosц+лcos2ц).

Результаты расчётов сводим в таблицу.

Таблица 4.2. Данные для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня

Источник

Adblock
detector