Реферат: Модернизация системы охлаждения двигателя "Газели"

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введениеи постановка задачи      

1.Назначение и обзор систем охлаждения

1.1.Устройство, работа и конструктивные особенности систем жидкостного охлаждения

1.2.Пусковой подогреватель

2.Конструктивные особенности двигателя

2.1Кривошипно-шатунный механизм и механизм газораспределения

2.2 Система смазки

2.3 Система охлаждения

2.4 Система питания и выпуска отработавших газов

3. Тепловой расчет

3.1 Топливо

3.2 Параметры рабочего тела

3.3Параметры окружающей среды и остаточные газы

3.4Процесс впуска

3.5 Процесс сжатия

3.6Процесс сгорания

3.7 Процессы расширения и выпуска

3.8Индикаторные параметры рабочего цикла

3.9 Эффективные показатели двигателя

3.10 Основныепараметры цилиндра и двигателя

3.11 Расчет ипостроение индикаторной диаграммы

4. Кинематика

5. Динамика

5.1.Силы давления газов

5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

5.3Удельныеполные силы инерции

5.4Удельные суммарные силы

5.5Крутящие моменты

5.6Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

5.7Уравновешивание

5.8Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя

6.Расчет деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность

6.1Расчет поршня

6.2Расчет поршневого кольца

6.3Расчет поршневого пальца

7.Конструкторский раздел

7.1 Расчет жидкостной системы охлаждения

7.2 Расчет радиатора

7.3Водяной насос

7.4 Вентилятор

7.5 Описаниепредлагаемых конструктивных изменений

8 Охрана труда

8.1 Меры безопасности при эксплуатации автомобиля

8.2 Требования  к  рабочему  месту  водителя

8.3 Виброизоляция  сиденья  самоходной  машины

8.4 Устойчивость легкового автомобиля

8.5 Противопожарная  безопасность

9 Экономический раздел

10 Список литературы

ВВЕДЕНИЕИ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Трудноповерить, что всего восемь лет назад на дорогах не было «га­зелей». Сегодня этилобастые тру­женицы стали неотъемлемой чертой городского пейзажа — рядовымичлена­ми автомобильного стада. По отечест­венным меркам, возраст для модели,тем более грузовой, юный, еще не все детские болячки вылечены. А вот по мировым- зрелость, граничащая со старостью. Тут одной косметикой не отделаться, нужна,как минимум, пластическая операция — фейслифтинг. К счастью, законы мировогоавтопрома начинают работать и в России.

Измененнаявнешность лишь часть модернизации – «Газели», начатой еще в 1998 год.Естественно, в рамках уни­фикация все новое намечалось рас­пространить и на «Соболь»,который в ту пору существовал лишь в опытных образцах. На заводе был объявленконкурс на лучший дизайн-проект: каждой из пя­ти образовавшихся групп предложилиизготовить полноразмерный пласти­линовый макет автомобиля. Точнее, пластилиновый«нос» к настоящим машинам, для чего в художественно-кон­структорское бюро привезлинесколь­ко бортовых «газелей», фургон и даже «Соболь».

Задачанепростая: сделать облик ма­шины современным, придать ему чер­ты фирменного«Газовского» стиля… и, по возможности, использовать уже существующие световыеприборы. Однако вскоре стало ясно, что без новых фар не удастся заметно изменитьвнешний вид машины. И вот свершилось.

Изнескольких вариантов был вы­бран наиболее спокойный, без вычур­ных элементоввнешности — такая ма­шина не устареет с переменой автомо­бильной моды. У новой«Газели» поя­вились подштамповки на капоте, чуть изменилась форма светоблоков ибам­пера, заблестела хромо: декоративная решетка. Последняя может быть ме­таллическойили пластиковой с метал­лизированным покрытием.

Ноэто лишь детали, видимые снару­жи. Фактически же до передней двери кабинаизменена полностью: кроме ка­пота, крыльев, облицовки радиатора и бампера,другими стали каркас капота, внутренняя часть крыльев, передняя панель подоблицовкой, поперечина бампера, формованная шумоизоляция. Элементы облицовкитеперь крепятся иначе, что позволило уменьшитьзазоры между ними. Чуть разведенные лонжероны сделали моторный отсек просторнее- не в последнюю очередь, чтобы разместить силовые агрегаты более тяжелого«Валдая», на который будет устанавливаться эта же кабина, но с другим моторнымщитом. Изме­ненная силовая структура носовой час­ти сделала невзаимозаменяемымибамперы — у нового другие точки кре­пления. Кстати, в нем предусмотрены местадля монтажа малогабаритных противотуманных фар. Серьезным из­менениям подвергнетсяходовая часть, появится новый силовой агрегат. Так, принято решение о выпускеполно­приводных «соболей» (ЗР, 2000, № 6) -они могут появиться еще до конца ны­нешнегогода. Главная перемена в интерьере — передняя панель. Она не только привле­кательнееи современнее, но и скрыва­ет более компактный и мощный отопитель и,опять-таки, обеспечивает уни­фикацию с «Валдаем», где выступаю­щий в кабинудлинный шестицилиндровый дизель ГАЗ-562 подпирает снизу переднюю панель, тесня«печку». Оп­тимизировано расположение дефлек­торов системы вентиляции, а вместоне слишком надежных ползунковых регу­ляторов появились удобные вращаю­щиесярукоятки. Предусмотрено место и под второй стандартный блок аудио­аппаратуры.

Дляпассажирских микроавтобусов разрабатывается поворотный меха­низм кресла — прижелании можно развернуться лицом к сидящему сзади собеседнику. Существеннорасширятся возможности трансформации салона благодаря сиденьям со встроеннымиремнями безопасности — сейчас они бу­квально привязаны к одному месту за  'усиленнымина кузове ремнями.

Современем будут устанавливать впрысковой мотор ЗМЗ-405, каталити­ческийнейтрализатор, адсорбер паров бензина, новые топливопроводы и со­единения — этопозволит уложиться в нормы токсичности Евро П. Разраба­тывается иантиблокировочная систе­ма — прежде всего для динамичных «соболей». Правда, этиновшества поя­вятся после того, как обновленные ма­шины пойдут в серию.

Начатьвыпуск модернизированных «газелей» и «соболей» планируют в ян­варе будущегогода. Параллельно де­лать старые и новые машины невоз­можно — переходного периодане бу­дет. На несколько дней остановят все производство, поменяют часть оснаст­кии начнут собирать уже новые машины. А для снижения потерь остановить конвейерпланируют в нерабочие дни, скажем, в новогодне-рождественские праздники.

Логичноожидать, что цена обнов­ленных автомобилей поднимется, однако, на ГАЗе обещаютсовсем незначи­тельный рост.

Ведьзамена оборудования — мероприятие плановое, прово­дится по мере износа иизначально за­ложено в себестоимость продукции. Всего в подготовку производствапла­нируется вложить около 300 млн. руб­лей. Сумма большая, однако, если ееразделить на срок окупаемости пять лет (а следующее поколение «газелей»,наверняка, раньше не появится), да на годовую программу (примерно 100 ты­сячавтомобилей), то выходит не так и много — около 600 рублей на машину. Конечно,свою лепту в рост цены вне­сут и поставщики — те же раскосые гла­за-фары,наверняка, обойдутся доро­же, чем нынешние, — но это тоже доли процента отстоимости автомобиля. В общем, ждать новых машин осталось не так уж долго, атам — посмотрим.

Эффективностьработы автомобильного транспорта базируется на надёжности подвижного состава,которая обеспечивается в процессе его производства, эксплуатации и ремонта:

 совершенствомконструкции и качеством изготовления; своевременным и качественным выполнениемтехнического обслуживания и ремонта;

своевременнымобеспечением и использованием нормативных запасов материалов и запасных частейвысокого качества и необходимой номенклатуры;

соблюдениемгосударственных стандартов и Правил технической эксплуатации.

Вобщем из выше сказанного становится ясно, что данный тип автомобилей занимаетдостойную нишу на рынке и в народном хозяйстве. Однако при всех достоинствахэтого модельного ряда автомобилей марки ГАЗ есть и недостатки,которые заметно портят общее впечатление даже при применении новых дизайнерскихи эргономических решений. Прежде всего, этому способствуют двигатели ЗМЗ,которые, по сути, являются не чем иным как так или иначе переработанным моторомГАЗ-24, уже более 40 лет стоящему на производстве и разработанному, преждевсего для легковых автомобилей. Вследствие вышесказанного при применении этихдвигателей на более тяжелых и нагружаемых «ГАЗелях» имеют место следующие недостатки,а именно: недостаточные тягово-скоростные характеристики и напряженный тепловойрежим, часто приводящий к перегреву двигателя (что и будет более подробнорассмотрено в данной работе). Можно, конечно говорить о применении на этихавтомобилях более дорогих и сложных двигателях с непосредственным впрыскомбензина или дизельного топлива отечественного или импортного производства, что,кстати, уже происходит, но в этом случае недостатки могут обернутьсядостоинствами. Дело в том, что старый и проверенный карбюраторный двигательотносительно дешево стоит, прост в обслуживании и ремонте, а это зачастую имеетрешающее значение при покупке машины на территории стран СНГ основному ареалуобитания «ГАЗелей». А с недостатками можно бороться. В данной работе я хочупредложить, вариант усовершенствования карбюраторного двигателя ЗМЗ-406 применяемогона автомобилях типа «Газель» обращая особое внимание на доработку  системыохлаждения автомобиля, а также рассмотреть системы охлаждения автомобилейдругих марок./>

/>1.НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЗОР СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ

Температурагазов в камере сгорания в момент воспламенения смеси превышает 2700 К (2500°С).Такая температура при отсутствии искусственного охлаждения привела бы ксильному нагреву дета­лей двигателя и их разрушению, вообще нарушение тепловогобаланса влияет как износ двигателя, так и на экономичность ого работы в планерасхода ГСМ. Поэтому система охлаждение дви­гателя является одной из основныхсистем автомобиля. Система охлаждения обеспечивает охлаждение деталей,соприкасающихся с горячими газами. Охлаждение может производиться водой,воздухом, а также маслом и топливом (охлаждение поршней, насос — форсунок). Взависимости от принятого способа охлаждения в данную группу входят различные устройстваи механизмы для подвода охладителя к деталям и тепло – газообменники.

Привоздушном охлаждении не требуются ра­диатор, водяной насос и трубопроводы,отпадает опасность «размораживания» двигателя зимой при заправке системы охлажденияводой. Поэтому, несмотря на повышенную затрату мощности, на приведение вдействие вентилятора и затруднен­ный пуск при низкой температуре, воздушное, ох­лаждениеприменяют на легковом автомобиле ЗАЗ-968М «Запорожец» и ряде зарубежных авто­мобилей.

Жидкостнаясистема охлаждения заполняется водой или антифризом (смесью воды сэтиленгликолем), не замерзающим при температуре до 233 К (—40°С).

Причрезмерном охлаждении дви­гателя увеличиваются потери тепла с охлаждаю­щейжидкостью, не полностью испаряется и сго­рает топливо, которое в жидком виде проникаетв поддон картера и разжижает масло. Это приводит к снижению мощности и экономичностидвигателя и быстрому износу деталей. При перегреве двигателя происходитразложение и коксование, масла, ускоряющие отложение нагара, вследствие чегоухудшается отвод тепла. Из-за расширения де­талей уменьшаются температурныезазоры, увели­чиваются трение и износ деталей, ухудшается на­полнениецилиндров.

Температураохлаждающей жидкости при рабо­те двигателя должна быть 360—375 К (85—100°С).

Вавтомобильных двигателях применяют при­нудительную (насосную) систему жидкостногоох­лаждения. Такая система включает рубашки охлаж­дения цилиндров и головокцилиндров, радиатор 13 (рис. 1), водяной насос 2, вентилятор 1, жалю­зи 14,термостат 5, сливные краны 11 и 12, указатели температуры охлаждающей жидкости.

Жидкость,циркулирующая в системе охлажде­ния, воспринимает тепло от стенок цилиндров иих головок и передает его через радиатор окружаю­щей среде. Иногдапредусматривается направление потока циркулирующей жидкости через водорас­пределительнуютрубу или продольный канал с отверстиями в первую очередь к наиболее нагре­тымдеталям (выпускные клапаны, свечи зажига­ния, стенки камеры сгорания).

Системаохлаждения двигателя обычно исполь­зуется для подогрева впускного трубопровода,ох­лаждения компрессора 3 и отопления кабины или пассажирского помещениякузова. Отопительная система состоит из радиатора 9, вентилятора, воз­духораспределительныхтруб и рукояток управ­ления.

Всовременных автомобильных двигателях при­меняют закрытые системы жидкостногоохлажде­ния, сообщающиеся с атмосферой через клапаны в пробке радиатора. В такойсистеме повышается температура кипения воды, закипает вода реже и меньше испаряется.

/>1.1. Устройство,работа и конструктивные особенности систем жидкостного охлаждения

Радиатор13 (см. рис. 1) предназначен для охлаждения горячей воды, выходящей из рубашкиохлаждения двигателя. Располагается он впереди двигателя. Трубчатый радиаторсостоит из верх­него и нижнего бачков, соединенных между собой тремя-четырьмярядами латунных трубок. Поперечно расположенные горизонтальные пластины придаютрадиатору жесткость и увеличивают по­верхность охлаждения.

/>

Рис.1. Система жидкостного охлаждения двигателя:

1—вентилятор, 2 — водя­ной насос, 3 —. компрес­сор;    4 — перепускной шланг, 5 —термостат, б — кран отопителя, 7, в — подводящий и отводящий трубопроводы, В —радиа­тор отопителя, 10 — дат­чик указателя температу­ры охлаждающей жидкос­ти,II, 12—сливные кра­ны, 13—радиатор, 14— жалюзи

Радиаторыдвигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130 трубчато-ленточные со змейковыми охлаждающимипластинами (лентами), расположенными между трубками. Системы охлаждения этихдвигателей, закрытые, поэтому пробки радиатора имеют паро­вой 1 и воздушный 2клапаны (рис. 2, а, б).

 

/>Рис. 2. Пробка радиатора (а, б), вентилятор ицентробежный насос(в):

а — открыт паровой клапан 1, б открытвоздушный клапан 2, в — вентилятор и центробежный насос сис­темы охлаждения двигате­ляЗИЛ-130; 1—лопасть вентилятора,    2 — шкив, 3 —ступица шкива венти­лятора, 4 —втулкашкива, 5 —подшипник, б —вал на­соса,    7 —крыльчатка, в —корпус насоса,  в — резиновый  уплотнитель сальника,   10 —текстоли­товая шайба, 1I —обойма сальника, 12—подводящийпатрубок.

Паровойклапан 1 открывается при избыточном давлении 0,045—0,055 МПа (0,45—0,55 кгс/см2)(ЗМЗ-24, ЗМЗ-53). При открытии клапана избыток воды или пара отводится черезпароотводную труб­ку. Воздушный клапан 2 предохраняет радиатор от сжатиядавлением воздуха и открывается при ох­лаждении воды, когда давление в системеснижает­ся на 0,01 МПа (0,10 кгс/см2).

Дляслива жидкости из системы охлаждения открывают сливные краны 11 (см. рис. 1)блоков цилиндров и сливной кран 12 патрубка радиатора, а также пробку радиатораили расширительного бачка. У двигателей ЗИЛ сливные краны блоков ци­линдров и патрубкарадиатора имеют дистанцион­ное управление. Рукоятки кранов выведены в под­капотноепространство над двигателем.

Наавтомобилях КамАЗ-5320 устанавливают рас­ширительный бачок,

предназначенныйдля ком­пенсации изменений объема жидкости, происходя­щих при работе двигателя.Впускной и выпускной клапаны размещаются в пробке этого бачка. На бач­кеимеется кран для контроля уровня антифриза Тосол-А40 или Тосол-А65, которымзаправляется система охлаждения. В связи с использованием ан­тифриза вместосливных краников установлены резьбовые конические пробки.

Расширительныебачки устанавливают также в системе  охлаждения  двигателей  автомобилей«Жигули» и ГАЗ-24 «Волга».

Жалюзи14 (см. рис. 1) створчатого типа предназначены для изменения количествавоздуха, проходящего через радиатор. Управляет ими во­дитель с помощью троса ирукоятки, выведенной в кабину.

Водянойнасос (рис. 2, в) служит для соз­дания циркуляции воды в системе охлаждения. Онсостоит из корпуса 8. вала б, крыльчатки 7 и са­моуплотняющегося сальника.Располагается насос обычно в передней части блока цилиндров и имеет привод клиновиднымремнем от коленчатого вала двигателя. Шкив 2 приводит во вращение одновре­меннокрыльчатку 7 водяного насоса и ступицу 3 вентилятора.

Самоуплотняющийсясальник состоит из рези­нового уплотнителя 9, графитизированной текстолитовойшайбы 10, обоймы 11 и пружины, прижи­мающей шайбу 10 к торцу подводящего патруб­ка12.

Вентиляторпредназначен для усиления по­тока воздуха, проходящего через радиатор. Вентиля­торимеет обычно четыре—шесть лопастей 1. Для снижения шума лопасти располагаютХ-образно, попарно под углом 70 и 110°. Изготовляют лопасти из листовой сталиили пластмассы («Москвич-2140», ГАЗ-24 «Волга»).

Лопастиимеют отогнутые концы (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130), что улучшает вентиляцию подкапотного пространстваи повышает производительность вен­тиляторов. Иногда вентилятор располагают в ко­жухе,который способствует повышению скорости воздуха, просасываемого через радиатор.

Дляуменьшения мощности, необходимой для привода вентилятора, и улучшения работысисте­мы охлаждения применяют вентиляторы с электро­магнитной муфтой. Эта муфтаавтоматически от­ключает вентилятор, когда температура воды в верхнем бачкерадиатора ниже 350—358 К (78 85°С).

Впривод вентилятора двигателя КамАЗ-740 включена гидромуфта, обеспечивающаяплавную передачу вращения от коленчатого вала к венти­лятору.

Гидромуфтавключается автоматически: по мере увеличения температуры Жидкости в системе ох­лажденияактивная масса, находящаяся в баллоне включателя, плавится, и объем ее увеличивается,а это вызывает перемещение золотника, открываю­щего доступ масла из системысмазки в гидромуф­ту, Частота вращения вентилятора зависит от коли­чествамасла, поступающего в гидромуфту. При прекращении подачи масла вентилятор отклю­чается.

Внастоящее время стремительно развиваются «разумные» системы регулированиятемпературы охлаждающей жидкости т.к., например классический постоянный приводвентилятора и водяного насоса отнимает часть мощности двигателя при этом наотносительно больших установившихся скоростях (движение по шоссе) зачастуюработа вентилятора не нужна. Поэтому ниже будут описаны некоторые системыразумных вентиляторов.

Вентилятор— неотъемлемая часть системы охлаждения любого современного двигателя. Прижидкостном охлаждении он просасывает воздух через радиатор, а при воздушном — подаетэтот самый воздух (здесь он выступает в роли охлаждающего тела) к нагретымчастям мотора. И можно сказать, с момента появления вентиляторов инженерырешают, как сделать его привод оптимальным. Познакомимся с некоторыми результатамииз усилий.

/>Простейшая конструкция привода вентилятора хорошоизвестна – клиновым ремнем от шкива, установленного на носке коленчатого вала.Но простое не всегда означает самое лучшее. Вентилятор работает постоянно, а значит,постоянно шумит, потребляет мощность, и немалую (3–6% от мощности двигателя),и, главное, охлаждает двигатель независимо от его температурного режима. Именнобольшая потребляемая мощность побудила отказаться от ременного привода в пользушестерен на тяжелых двигателях. Чтобы привод не испытывал больших нагрузок прирезкой смене режимов работы мотора (не забудьте – вентилятор тоже своего родамаховик и момент инерции его отнюдь не мал), устанавливают фрикционные,гидравлические или упругие резиновые муфты (рис. 3).

Рис. 3. Привод вентилятора с упругой муфтой: 1 – вентилятор; 2 – упругая муфта; 3 – шкив; 4 – шестерня привода вентилятора.

 Теперьо том, как заставить вентилятор работать таким образом, чтобы зря не остужать холодныйдвигатель, и интенсивно трудиться, когда мотору жарко. Одной из самых первых ипростых систем регулирования была… замена вентилятора. В жаркое время годаиспользовалась крыльчатка большей производительности, зимой – меньшей. Самособой, что регулирование осуществлялось очень грубо – вряд ли можно представитьсебе водителя, выбирающего вентиляторы в соответствии с прогнозом погоды именяющего их чуть ли не ежедневно.

/>Такая система не решает и другой важной проблемы.Понятно, что конструкция вентилятора и его привода должна обеспечиватьдостаточное охлаждение, начиная с самых низких оборотов коленчатого вала. Набольших же оборотах при жесткой механической связи это приведет к огромному перерасходуэнергии: скажем, для машины среднего класса такой вентилятор на максимальныхоборотах «съедал» бы около 8 кВт мощности двигателя, в то время какдостаточная в таких условиях – не превышает 3–3,5 кВт. В этом причина того, чтожесткая механическая передача в наше время почти не применяется.

Какизвестно, устройства, передающие и преобразующие крутящий момент, в техникеназывают трансмиссиями, значит, привод вентилятора тоже трансмиссия. Интересно,что многие

Рис. 4. Электромагнитная муфта включения вентилятора: 1 – шкив; 2 – контактное кольцо; 3 – угольная щетка; 4 – стальное кольцо; 5 – плоская пружина; 6 – вентилятор; 7 – электромагнит.

конструкции,призванные решать указанную выше проблему этого привода, обладают определеннымсходством с «большой» трансмиссией автомобиля, передающей крутящиймомент на его колеса. Здесь мы можем найти и сцепления, и гидромуфты, ивискомуфты (вязкостные муфты, напомним, сейчас нередко используют вместо межосевогодифференциала), и электрический привод. Рассмотрим наиболее распространенные изэтих систем.

Электромагнитноесцепление (рис. 4) автоматически включает вентилятор по достижении определеннойтемпературы охлаждающей жидкости.

Такаясистема применялась на автомобилях ГАЗ–24 ранних серий и многих современных имзарубежных. В этой системе на шкиве помещали мощный кольцевой соленоид. Когдасрабатывает датчик, цепь соленоида замыкается и металлическое кольцо, связанноес вентилятором через пластинчатые пружины, примагничивается к шкиву: вентиляторвключен и работает до тех пор, пока температура не снизится и управляющийдатчик не снимет питания с электромагнита. Подобный же принцип реализован и вавтомобилях с поперечным расположением двигателя: датчик температуры включаетэлектродвигатель вентилятора.

Впоследнее время появились двухскоростные электродвигатели, позволяющиеобеспечить ступенчатое регулирование: вентилятор отключен, работает в частичномрежиме или на полную производительность. Есть машины и с двумя вентиляторами, которыевводятся в работу последовательно. Попутно заметим, что на тяжелых грузовых машинахи автобусах электровентиляторы – редкость. Представьте себе мощность электрооборудования(генератора, аккумулятора), которая потребуется, чтобы обеспечить необходимыетакому вентилятору 10–12кВт. Вот почему здесь все еще царствует«чистая» механика.

Напопулярных автобусах «Икарус» ставят фрикционную муфту с пневмоприводном– своего рода сцепление, только на условную педаль здесь нажимает не нога, а сжатыйвоздух. Регулирование включения-отключения осуществляется, естественно, в зависимостиот температуры охлаждающей жидкости.

/>Самые сложные системы умеют плавно регулировать скоростьвентилятора. На многих легковых автомобилях (в качестве примера назовем большинствоБМВ, «Мерседесов»), а также на некоторых грузовиках (в том числе и наотечественном ЗИЛ-4331) в привод вентилятора встроена вискомуфта (рис. 5).

Рис. 5. Вискомуфта вентилятора: 1 – крышка камеры; 2 – лепестковый клапан; 3 – биметаллический терморегулятор; 4 – крышка муфты; 5 – корпус муфты; 6 – ведущий диск; А – резервная полость.

 Короткопознакомим с работой такого устройства. Пока мотор не прогрелся, рабочая полостьмуфты пуста – специальная силиконовая жидкость находится в резервной полости.Двигатель прогревается, термоэластичная пластина постепенно открывает клапан,жидкость поступает в рабочую полость, и, когда проскальзывает между дисками, еевязкость растет – муфта начинает передавать момент. С ростом температурырабочая полость заполняется все больше, обороты вентилятора увеличиваются.Таким вот образом плавно регулируется производительность вентилятора. Вискомуфтасконструирована так, что на малых оборотах ее проскальзывание невелико, а привысоких – вентилятор заметно отстает. Это, повторим, позволяет заметноэкономить энергию (а значит, и топливо) на высокой скорости, когда обдуврадиатора достаточен.

Рис. 6. Гидромуфта привода вентилятора: 1 – шкив; 2 – ступица вентилятора; 3 – ведущее колесо гидромуфты; 4 – ведомое колесо гидромуфты; 5 – трубки подачи масла в рабочую полость; 6 – ведущий вал; А – рабочая полость.

 Натяжелых дизельных двигателях для бесступенчатого регулирования оборотов вмеханике привода нередко используется гидравлическая муфта (рис. 6), подобнаятой, что работает в автоматических коробках передач. Обороты вентилятора изменяютсяздесь в зависимости от заполнения полости между ведущим и ведомым колесами муфты.Количество масла, которое поступает из системы смазки />двигателя,регулируется автоматически по температуре охлаждающей жидкости.

Гидромуфтаиспользуется и на некоторых двигателях воздушного охлаждения, например наизвестных у нас с давних пор дизелях «Дойц», стоявших на грузовыхавтомобилях «Магирус». Охлаждающей жидкости в «воздушнике»,понятное дело, нет, и подачей масла в муфту управляет терморегулятор, которыйучитывает температуру воздуха на выходе из системы охлаждения и температурувыхлопных газов. Работа системы зависит и от температуры масла: с ростом еевязкость последнего снижается, а значит, горячего (и жидкого) масла в рабочуюполость муфты поступает больше. Интересная особенность: корпус муфтыодновременно служит центрифугой для очистки масла.

Насовременных легковых автомобилях, легких грузовиках и микроавтобусах радиатордвигателя чаще всего оснащают электрическим вентилятором (рис. 7), у которогонемало преимуществ по сравнению с механическим. Электрический включается толькопо достижении некоего верхнего предела температуры, а когда она придет в норму,тут же выключается.

 Результат– более стабильный температурный режим двигателя. К тому же он быстрейпрогревается после пуска, меньше расходует топлива. Включившийся электровентиляторвращается достаточно быстро даже при низких оборотах двигателя – и этим снижаетриск перегрева при больших нагрузках в тяжелых дорожных условиях. Механическийвентилятор в таких случаях не всегда эффективен. Примерные схемы электроприводоввентилятора приведены на рисунках ниже.

/>

Рис. 7. Штатная схема включения электродвигателявентилятора (ВАЗ, ГАЗ)

 Казалосьбы, перечнем достоинств тему можно и закрыть, да качество электротехники непозволяет. В чем же главная причина капризов электровентилятора? Его моторпотребляет ток до 15–20 А, включаясь по команде датчика температуры охлаждающейжидкости в радиаторе (рис. 7). Чтобы большой ток не шел напрямую через нежныеконтакты датчика 1, в штатной конструкции применили разгрузочное реле 2.Решение естественное, но не безупречное – на российских автомобилях самымненадежным элементом в системе охлаждения зарекомендовал себя как раз датчиктемпературы. Его контакты обгорают – и конец! И это, заметьте, при исправнойработе разгрузочного реле.

/>

Рис. 8. Схема включения электродвигателя вентиляторабез разгрузочного реле на некоторых зарубежных автомобилях: 1 – датчиктемпературы; 2 – добавочный резистор; 3 – электродвигатель.

/>И чем больше потрудился датчик температуры, тем вышевероятность отказа из за противоиндукции: в момент разрыва контактов исчезающееэлектромагнитное поле не только создает высокое напряжение на вторичной обмоткекатушки зажигания, необходимое для свечи, но и немалое, до 400 В, напряжениепротивоиндукции в первичной обмотке. Вот оно-то и «прожигает» контакты: каждоеих размыкание не проходит бесследно – а за тысячу километров пути их накапливаетсяоколо 4 миллионов. Результат – эрозия контактов. Система работает хуже и хуже.Задавая себе шекспировский вопрос «кипеть или не кипеть?», водителю надо чащеглядеть на указатель температуры и прислушиваться к шуму под капотом. Но ещевернее – вовремя заменить старенький датчик, дабы зря не рисковать. Однако естьи другие возможности.

Рис. 9. Доработанная схема включения электровентилятора:1 – датчик температуры; 2 – реле; 3 – электродвигатель; 4 – диод

Первая:установить датчик включения вентилятора с тремя выходами – схема на рис. 8.Здесь уже нет разгрузочного реле. Электромотор включается постепенно – сначалачерез контакты 1 и 2 с добавочным резистором, а затем уже напрямую, через контакты1 и 3. Результат – гораздо меньший эрозионный износ. Во многих случаях (приневысоких нагрузках на двигатель автомобиля) пара 1–3 почти не используется.

 Второйвариант – на рис. 9: здесь сохраняется разгрузочное реле. Однако в цепи естьновый элемент – диод 4 (типа КД105 и близкие к нему). Зачастую диод впаиваетсянепосредственно в реле (так удобней). В момент разрыва контактов датчика 1тлетворное влияние на них ЭДС самоиндукции исключено – ток через диод уходит на«массу».

    Подобноеприменение диодов очень характерно для зарубежных автогигантов «Мерседес», БМВи т.д. В последнее время в продаже стали появляться готовые колодочки под такиереле – уже с впаянными туда диодом и проводками.

Завершаяразговор о приводах вентиляторов, заметим: как ни совершенны многие из этихустройств, все же они не способны избавить двигатель внутреннего сгорания отодного из его серьезных недостатков – до 30% энергии топлива,«уходящие» в систему охлаждения, теряются безвозвратно.

Термостат5 (см. рис. 1) автоматически поддерживает устойчивый тепловой режим двига­теля.Как правило, термостат устанавливают на вы­ходе охлаждающей жидкости из рубашекохлаж­дения головок цилиндров или впускного трубопро­вода двигателя.

Термостатымогут быть жидкостные и с твер­дым наполнителем.

Вжидкостном термостате (рис. 10, б) имеется гофрированный баллон 7, заполненныйлегко испа­ряющейся жидкостью. Нижний конец баллона за­креплен в корпусе б термостата,а к штоку 5 верх­него конца припаян клапан 4.При температуре охлаждающейжидкости ниже 351 К (78°С) клапан термостата закрыт (рис. 10, а) и вся жидкостьчерез перепускной шланг 2 (байпас) направляется обратно в водя­ной насос, минуярадиатор. Вследствие этого, ускоряется прогрев двигателя и впускно­готрубопровода.

Когдатемпература превы­сит 351 К (78°С), давление в баллоне 7 увеличивается, онудлиняется и приподнимает клапан 4. Горячая жидкость через патрубок 3 и шлангнаправляется в верхний бачок радиатора. Клапан 4 полно­стью открывается притемпе­ратуре 364 К (9ГС) (ЗМЗ-53).

Термостатс твердым наполнителем (ЗИЛ-130, «Моск­вич-2140», КамАЗ-740) име­ет баллон 7(рис. 10, в), за­полненный церезином нефтя­ным воском) в и закрытый резиновойдиафрагмой 9. При температуре 343 К (70°С) церезин плавится и, рас­ширяясь,перемещает вверх диафрагму 9, буфер 12 и шток 5. При этом открывается клапан 4и охлаж­дающая жидкость начинает циркулировать через радиатор (рис. 10, г).              .

/>

Рис.10. Термостаты:

жидкостный:о—в закрытом положении, в —в открытом положении; с твердым наполнителем; я —вза­крытом положении, г— в открытом положении; 1 —впускной трубопро­вод, 2 —перепускнойшланг, 3 — патрубок, 4 —клапан термостата, 5 —шток,  б —корпус  термостата, 7—баллон, 8— церезин, 9— диаф­рагма, 10 — направляющая втулка, 11—возвратная  пружина,   12— буфер

Приснижении температуры церезин затверде­вает и уменьшается в объеме. Под действиемвоз­вратной пружины 11 клапан 4 закрывается, а диаф­рагма 9 опускается вниз(рис. 10, в),

Вдвигателях автомобилей ВАЗ термостат выпол­нен двухклапанным и устанавливаетсяперед во­дяным насосом. При холодном двигателе большая часть охлаждающей жидкостибудет циркулиро­вать по кругу: водяной насос — блок цилиндров — головка цилиндров— термостат — водяной насос. Параллельно жидкость циркулирует через рубаш­кувпускного трубопровода и смесительной камеры карбюратора, а при открытом кранеотопителя пас­сажирского помещения — через его радиатор,

Когдатемпература жидкости ниже 363 К (90°С), оба клапана термостата частичнооткрыты. Часть жидкости поступает к радиатору.

Приполностью прогретом двигателе основной поток жидкости из головки цилиндровнаправля­ется в радиатор системы охлаждения.

Надвигателях автомобилей «Москвич-2140», как и на автомобилях ВАЗ, термостатрасположен в нижней части системы охлаждения между радиа­тором и водянымнасосом. Клапан термостата в данном случае более герметичен, радиатор припрогреве полностью отключается, двигатель прог­ревается быстрее.

Дляконтроля за температурой ох­лаждающей жидкости служат сигнальные лампы иуказатели на щитке приборов. Датчики контрольно-измерительных приборов размещаютсяв головках цилиндров, верхнем бачке радиатора и рубашке ох­лаждения впускноготрубопровода.

/>1.2.Пусковой подогреватель

Уавтомобилей ГАЗ-53А и ГАЗ-66 пусковой по­догреватель (рис. 11.) имеет котел 9,включенный в систему охлаждения двигателя. В камеру сгорания котла топливоподается самотеком из бака 2. Пос­тупление топлива дозируется регулировочнойиглой электромагнитного клапана 7. Воздух подается вен­тилятором 3. Смесьвоспламеняется свечой в, В цепь свечи включено дополнительное сопротивление,установленное на пульте управления подогревате­лем. По накалу спиралисопротивления судят о ра­боте свечи. Когда в камере сгорания котла будетдостигнуто устойчивое горение, свечу выключают, топливо будет воспламеняться отранее зажженно­го пламени.

Наавтомобилях КамАЗ пусковой подогреватель используют при температуре ниже 248 К(—25°С). Для облегчения пуска холодного двигателя при температуре до 248 К (—25°С)предназначено пус­ковое устройство «Термостат». Подача топлива на раскаленныеэлектрофакельные свечи обеспе­чивается при проворачивании коленчатого вала дви­гателястартером. Образовавшийся во впускных трубопроводах факел подогревает воздух, посту­пающийв двигатель.

Автомобиль — техника теплолюбивая. Ночуя зимой на улице, он охотно впадает в спячку и добудиться его поутру удается не всем. Поэ­тому в мороз как никогда велик спрос на бук­сир и«прикуриватель». Это надругательство непроходит безнаказанно. Даже если не уда­лосьзапороть двигатель, жизнь ему укороти­литочно. А ведь есть куда более цивилизован­ныйметод. Перед пуском мотор надо лишь подогреть.Способов много, начиная от паяль­нойлампы и заканчивая отопителем, управля­емымс сотового телефона. Правда, в послед­немслучае котлу надо купить сим-карту, сде­лавего полноценным абонентом сети. Боль­шинствопредпочитает золотую середину.

/>                 

Рис.11. Пусковой подогреватель двигателя автомобиля ГАЗ-53А:

1—заливная горловина, 2 — топливный бак, 3 — вентилятор, 4 — воздухоподводяшийшланг, 5 — переключатель, в — пульт управления, 7 — электромагнитный клапан, в— свеча, 9 — ко­тел, 10 — направляющий кожух, 11 — сливной кран

Обычный автономный подогреватель ра­ботает независимо от других систем автомо­биля. За что и получил свое название. Состо­ит он из жарового котла, топливного и жид­костного насосов, средств коммуникации и системы управления. Дальше все просто. В котле горит топливо, нагревая жидкость в теплообменнике. Насос гоняет ее по систе­меохлаждения. Двигатель прогревается до готовностик пуску. Выпускают подогревате­ли разной мощности. Остается лишьсесть в кабину и повернуть ключ.

Основной недостаток — потребность в электроэнергии. Единственный в этом случае поставщик- автомобильный аккумулятор -с дополнительной нагрузкой справляется, но «живет» в среднем на год меньше.

Предпусковой разогрев — не единственный способ облегчения пуска. Можно просто не дать двигателю замерзнуть. То есть перевес­ти котел в режим поддержания. Здесь он бу­дет включаться периодически, сохраняя тем­пературу охлаждающей жидкости в интервале 40-85°С… Полезная опция даже для рабо­тающего дизеля. Ведь на холостых оборотах он не только не нагревается, но и норовит остыть!

Раз уж мы все равно греем двигатель, по­чему заодно не нагреть салон? Ведь его «печка» уже включена в общую систему. На­до только вовремя открыть кран и включить вентилятор. С этим управляется автоматика. Вместо крана используют дополнительный термостат. Только в большинстве подобных конструкцийприоритет отдается кабине. То есть кипяток сразу поступает в салон и лишь потом через термостат в двигатель. Погоду делают с пульта управления. Он, обычно, универсальный и совмещает функции пус­ковой кнопки, таймера и климат-контроля. Задав нужныйрежим, про мороз за окном можно забыть.И попив кофейку, спокойно укладыватьсяспать. Не зря эти отопители популярны удальнобойщиков. Довольны и автотранспортныекомпании. Молотящий двигатель настоянке сжигает за ночь около сорока литров солярки, а подогреватель -меньшешести. Про ресурс и говорить нече­го.Хорошо и для легковушек — садиться впредварительно нагретый салон и приятно, идля здоровья полезно.

Когда машина ночует в тепле, с пуском проблем нет. А вот в кабине тепла не хватает. Например, в автобусе с его вечно распахну­тыми дверями.Или в большинстве отечест­венныхлегковушек с их дырявыми заслон­камии воздуховодами. Здесь вполне можно ограничиться «воздушником», то есть ото­пителем, греющим непосредственно воздух. Он работаеттоже на жидком топливе и отли­чается отпредыдущих конструкцией тепло­обменника. Его легче пристроить в автомо­биле, и благодаря меньшему числу комплек­тующих онзаметно дешевле.

Способы установки подогревателей на ав­томобиль отражены в инструкции. Но все не так просто, как кажется на первый взгляд. Даже у опытного мастера процесс монтажа занимает до восьми часов. Это притом, что для него время — деньги! Неискушенный но­вичок может завязнуть на целую неделю. Да еще наломать дров, за что придется платить. Так, популярный «воздушник» «Эберспехер» состоит из двух половинок, которые при ус­тановке крепятся к полу. Если болты затяги­вать неравномерно, корпус деформируется, зажимая крыльчатку вентилятора. Замена сгоревшегодвигателя после пробного пуска обходится в$200-300.

Нелегко разобраться в хитросплетении проводов. Ошибаясь при подключении, легко спалить штатный блок климат-контроля. К печальным последствиям порой приводит обесточивание автомобиля. Как-то водитель «Ауди-А6» по окончании монтажных работ не смог тронуться с места — в отсутствие пи­тания оказался заблокированным модуль уп­равленияавтоматической коробкой. Протир­кафар и пинание колес не помогли — при­шлосьпрокатиться на эвакуаторе.

Куда пристроить подогреватель на автомо­биле — отдельная история. Как правило, под капотом слишком мало места. Приходится использовать пустоты в бампере, багажнике или под кузовом — хватило бы шлангов. К любой машине — свой творческий подход. Чтобы труды по установке не пропали да­ром и котел исправно «топил» двигатель и кабину много лет, в эксплуатации тоже на­до следовать некоторымправилам. Главное — не спешить.Запускается подогреватель не сразу — нарозжиг уходит минуты полторы. Нетерпеливыйпользователь ждать не жела­ет и, пытаясьускорить процесс, постоянно теребит кнопку«пуск». Таймер «сходит с ума», оставляяштифт накала непрерывно под напряжением.

 Перегревшись, последний сгорает. Автоматика тут жеотключает систе­му. Запчасти есть смысл искать только на фирменных станциях. Вмагазинах их не продают. У «воздушников» надо регулярно очищать от слежавшейсяпыли сетку забора воздуха и наружную крыльчатку. При плохом обдуве агрегат можетперегреться, а отдельные ком­поненты — даже расплавиться.

 «Водяные» чувствительны к качеству «Тосола». Вода ссинькой, сдобренная мусором из системы охлаждения, выведет из строя что угодно.

 Взаключении темы предварительного подогрева автомобиля бы рассказать  о системе предварительного подогрева, а точнее о новом клапане (Рис. 14) системыпредварительного подогрева салона и двигателя фирмы «Эберспехер», схемакоторого пред/>ставлена на Рис.12.

/>

Рис. 12. Расположение нового клапана фирмы «Эберспехер» в системе предпусковогоподогрева двигателя и салона

Рис. 13. Эффект налицо: вверху– результат работы отопителя с новым клапаном, внизу – без него.

 Фирма «Эберспехер» известна своими автономнымиподогревателями, обеспечивающими прогрев салона и двигателя без пускапоследнего. Союз «и», однако, уместно заменить на «или», если у автомобилямотор солидного рабочего объема. Дело в том, что его массивный блок цилиндров«работает» как алюминиевый радиатор, расточая драгоценное тепло в окружающеепространство. Процесс затягивается – а водителю-то хочется, чтобы стекла скорееоттаяли, и можно было сразу снять верхнюю одежду. До сих пор противоречиерешали с помощью специального клапана, позволявшего подогревателю гонятьантифриз по малому кругу, не расходуя киловатты на прогрев мотора. Решение несамое оптимальное, поскольку, во-первых, холодный пуск приводит к повышенному выбросувредных газов, а, во-вторых, сразу после пуска этот клапан автоматически подключалбольшой круг «тосолообращения», отчего из дефлекторов начинало веять холодом.

Новый клапан, подобно термостату, плавно и постепенноувеличивает поток жидкости через блок цилиндров. Перемещением запорногопоршенька управляет «пружина» из никель-титанового сплава, обладающего«памятью» (Рис. 15). Этот термостат настроен таким образом, что большой кругначинает открываться для антифриза, как только его температура достигнет 67°С.С этого момента «пружина» как бы растягивается и отодвигает поршень клапана.

Сравнительные испытания в термокамере при –20°Споказали: с новой системой температура жидкости в малом круге через 10 минутдостигает 60°С, тогда как без клапана – лишь 29,3°С. Соответственно, из дефлекторовна стекла дует воздух с температурой 42°С, а не 10°С. Что касается двигателя,он уже через 30 минут нагревается до комнатных +20°С. Гораздо быстрее оттаиваетветровое стекло: спустя 20 минут после запуска отопителя ото льда освобождается80% его поверхности, тогда как раньше за это время очищалось лишь 30%.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Силовой агрегат состоит из двигателя, сцепления и коробки передач.

Силовой агрегат установлен на автомобиле с помощью трех эластичных опор.

Двигатель ЗМЗ-406 четырехтактный бензиновый жидкостного охлаждения с ряднымрасположением четырех цилиндров.

2.1 Кривошипно-шатунный механизм имеханизм газораспределения

Блок цилиндров отлит из алюминиевого сплава. Отливки блока могут быть выполнены двумяспособами: литьем под давлением и литьем в кокиль. В блок цилиндров вставленыотлитые из износостойкого чугуна «мокрые» гильзы цилиндров. В зависимости отметода отливки блока гильзы цилиндров уплотняют различными способами. В блоке,отлитом под давлением, гильза в нижней части уплотняется специальной меднойпрокладкой, установленной между упорным буртом гильзы и опорной поверхностьюблока, а в верхней части – прокладкой головки цилиндров. В блоке, отлитом вкокиль, гильза в верхней части имеет упорный бурт и опирается имнепосредственно на выточку в блоке, а уплотнение верхней части осуществляетсятакже прокладкой головки цилиндров. В нижней части гильза уплотняется двумя резиновымикольцами, расположенными на нижнем центрирующем пояске гильзы.

В нижней части блока расположено пять гнезд коренных подшипниковколенчатого вала. Для уменьшения рабочего зазора в подшипниках при ихнагревании крышки подшипников изготовлены из ковкого чугуна и центрируются вблоке цилиндров по специальным выточкам. Обрабатывают крышки коренныхподшипников в сборе с блоком цилиндров, поэтому они невзаимозаменяемые. Навторой, третьей и четвертой крышках выбиты цифры их порядковых номеров: 2, 3 и4. К заднему торцу блока крепится картер сцепления, который также обрабатываютвместе с блоком цилиндров, поэтому картеры сцепления невзаимозаменяемые.

Головка цилиндров отлита из алюминиевого сплава. Седла клапанов вставные, изготовлены изжаропрочного чугуна. Направляющие втулки клапанов изготовлены из металлокерамики.

Поршниотлиты из алюминиевого сплава и имеют бочкообразную форму юбки для улучшенияприработки. Ось отверстия для поршневого пальца смещена на 1.5 мм в правую сторону (по ходу автомобиля) от средней плоскости поршня. На боковой стенке поршня уодной из бобышек под поршневой палец имеется отлитая надпись «Перед».В соответствии с надписью поршень этой стороной должен быть обращен к переднейчасти двигателя.

Компрессионные поршневые кольца отлиты из чугуна. Наружная поверхность верхнегокольца, прилегающая к цилиндру, покрыта слоем хрома, а нижнего кольца – слоемолова. На внутренней поверхности нижнего компрессионного кольца имеется выточка.При установке нижнего компрессионного кольца на поршень выточка должна бытьобращена вверх, к днищу поршня. Нарушение этого условия вызывает утечку маслачерез кольцо в цилиндр, нагарообразование на стенках камеры сгорания иувеличение расхода масла.

Маслосъемное кольцо состоит из четырех стальных деталей: двух кольцевых дисков, осевого и радиальногорасширителей. Рабочая поверхность кольцевых дисков покрыта хромом.

Поршневые пальцы плавающего типа изготовлены из стали 15Х. Стопорные кольцаустанавливаются в поршень таким образом, чтобы усики их были обращены наружу.

Шатуны –стальные, кованные. Крышку шатуна обрабатывают вместе с шатуном, поэтому припереборке двигателя нельзя переставлять крышки с одного шатуна на другой. Набобышках под болт на шатуне и крышке выбиты порядковые номера цилиндров,которые должны быть совмещены при сборке. При правильном положении крышки пазыдля фиксирующих выступов вкладышей в шатуне и крышке также располагают с однойстороны. На стержне шатуна выштампован номер детали, на крышке имеется выступ.При сборке номер и выступ должны быть обращены к передней части двигателя.

Кривошипные и шатунные головки шатунов подгоняют точно по массе.

Коленчатый вал отлит из высокопрочного чугуна и динамически сбалансирован. Осевоеперемещение вала ограниченно двумя упорными сталебаббитовыми или сталеалюминевымиупорными шайбами, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника.Осевой зазор в подшипнике должен быть равен 0,075…0,175 мм и достигаетсяподбором передней шайбы соответствующей толщины.

На переднем конце коленчатого вала к фланцу ступицы шкива шестью болтамипривернут двухручьевой шкив привода вентилятора, водяного насоса и генератора.Болты крепления шкива к ступице расположены неравномерно, поэтому шкив можетбыть установлен только в одном определенном положении. На шкив через упругийэлемент напрессован диск, гасящий крутильные колебания коленчатого вала. Надиске имеются три метки. Третья метка соответствует ВМТ первого цилиндра.Первые две метки служат для проверки и установки опережения зажигания.

Маховикотлит из серого чугуна и имеет напрессованный стальной зубчатый обод для пускадвигателя стартером.

Вкладышикоренных и шатунных подшипников коленчатого вала – тонкостенные,сталеаллюминиевые; одноименные вкладыши – взаимозаменяемы.

Впускные и выпускные клапаны располагаются в головке над цилиндрами в один рядвдоль оси двигателя. Привод клапанов распределительного вала через толкатели,штанги и коромысла. Клапаны изготовлены из жароупорной стали. Кроме того, рабочаяфаска, выпускного клапана имеет наплавку из жароупорного сплава. На верхнемконце клапана имеется канавка для сухариков тарелки клапанных пружин. На каждыйклапан установлены по две пружины.

Чтобы исключить попадание масла в цилиндры двигателя, через зазоры междувтулкой и клапаном на каждую втулку напрессовывают маслоотражательный колпачок,изготовленный из маслостойкой резины.

Распределительный вал – литой из серого чугуна с искусственным отбелом кулачкови эксцентрика, имеет пять опорных шеек и стальную залитую в тело вала шестернюпривода датчика-распределителя и масляного насоса. Шейки имеют различныйдиаметр. Осевое перемещение распределительного вала ограниченно упорнымстальным фланцем, находящимся между торцом передней шейки распределительноговала и ступицей шестерни с зазором 0,1…0,2 мм. Правильность фазгазораспределения обеспечивается установкой шестерен по меткам: метка 0 нашестерне коленчатого вала должна быть против риски у впадины зуба натекстолитовой шестерне.

Толкатели –поршневого типа, стальные. Торец толкателя, работающий по кулачку, наплавленспециальным отбеленным чугуном.

Штанги толкателей – изготовлены из дюралюминиевого прутка. На концы штанги напрессованыстальные наконечники. Сферические поверхности наконечников термическиобработаны.

Коромысла клапанов – стальные, опираются на пустотелую ось, закрепленную на головкецилиндров при помощи шести стоек и шпилек, пропущенных через стойки. Вторая сзадней части двигателя стойка, имеет на нижней плоскости паз. В оси имеется сверлениедля подвода масла к коромыслам, а в коромыслах имеется канал для смазки верхнегонаконечника штанги.

2.2 Система смазки

Система комбинированная: под давлением и разбрызгиванием. Система смазкисостоит из указателя уровня масла, масляного насоса с маслоприемником, масляныхканалов, масляного фильтра, редукционного клапана, фильтра очистки масла,масляного картера, крышки горловины для заправки масла, масляного радиатора,предохранительного клапана и запорного крана.

На указателе уровня масла имеются метки: высшего уровня «П» и низшегоуровня «О». Уровень масла должен находится вблизи метки «П», не превышая ее.

Масляный насос шестеренчатого типа установлен внутри масляного картера и крепится кблоку цилиндров двумя шпильками. Корпус насоса изготовлен из алюминиевогосплава, крышка насоса из чугуна, шестерни насоса из металлокерамики. Ведущаяшестерня закреплена на валу штифтом, ведомая вращается свободно на оси,запрессованной в корпус насоса.

Уплотняющая картонная прокладка толщиной 0.3 мм обеспечивает необходимый зазор между торцами шестерен и крышкой. К крышке крепится литой изалюминиевого сплава маслоприемник с сеткой. В корпусе насоса помещаетсяредукционный клапан. Масло из насоса по каналам в блоке цилиндров и наружнойтрубке с левой стороны блока подводится к масляному фильтру. Из масляногофильтра по каналам в блоке масло подается к коренным подшипникам коленчатоговала и подшипникам распределительного вала, от коренных подшипников коленчатоговала по каналам в коленчатом валу масло подается к шатунным подшипникам, а отподшипников распределительного вала по каналам в головку цилиндров для смазкикоромысел клапанов и верхних наконечников штанг.

Редукционный клапан плунжерного типа расположен в корпусе масляного насоса и отрегулированна заводе установкой тарировочной пружины. Менять регулировку в эксплуатации неследует. Давление масла определяется указателем, датчик которого ввернут вмасляную магистраль блока цилиндров. Кроме того, система снабжена указателемаварийного давления масла, датчик которого ввернут в нижнюю часть корпусамасляного фильтра. Сигнализатор аварийного давления масла загорается придавлении 0.4…0.8 кгс/см2.

Привод масляного насоса осуществляется от распределительного вала парой винтовыхшестерен. Ведущая шестерня – стальная, залитая в тело распределительного вала,ведомая – стальная, нитроцементированная, закреплена штифтом на валу,вращающемся в чугунном корпусе. На верхний конец вала надета и закрепленаштифтом втулка, имеющая прорезь, смещенную на 1.5 мм в сторону для привода датчика распределителя зажигания. К нижнему концу вала шарнирноприсоединен промежуточный шестигранный вал, нижний конец которого входит вшестигранное отверстие вала масляного насоса.

Вал в корпусе привода смазывается маслом, которое разбрызгиваетсядвижущимися деталями двигателя. Разбрызгиваемое масло, стекая по стенкам блока,попадает в прорезь – ловушку на нижнем конце хвостовика корпуса и черезотверстие поступает на поверхность вала. Отверстие под вал в корпусе имеетвинтовую канавку, благодаря которой масло при вращении вала равномернораспределяется по всей его длине. Излишки масла из верхней полости корпусапривода по каналу в корпусе стекают обратно в картер. Шестерни приводасмазываются струей масла, вытекающей из отверстия диаметром 2 мм в блоке цилиндров и соединенного с четвертой опорой распределительного вала, имеющей кольцевуюканавку.

Фильтр очистки масла – полнопоточный, с картонным сменным элементом, расположен с левойстороны двигателя. Через фильтр проходит все масло, нагнетаемое насосом в систему.Фильтр состоит из корпуса, крышки, центрального стержня и фильтрующегоэлемента. В верхней части центрального стержня расположен перепускной клапан,который при засорении фильтрующего элемента пропускает масло, минуя его, в маслянуюмагистраль. Сопротивление чистого фильтрующего элемента 0.1…0.2 кгс/см2,перепускной клапан начинает перепускать масло при увеличении сопротивления врезультате засорения фильтра до 0.6…0.7 кгс/см2.

Масляный радиатор служит для дополнительного охлаждения масла при эксплуатации автомобилялетом, а также при длительном движении на скоростях выше 100-110 км/ч. Масляный радиатор соединен с масляной магистралью двигателя при помощи резинового шлангачерез запорный кран и предохранительный клапан, которые установлены с левойстороны двигателя. Положение ручки крана вдоль шланга соответствует открытомуположению крана, поперек – закрытому. Предохранительный клапан открывает проходмасла в радиатор при давлении выше 0.7…0.9 кгс/см2. Масло из радиаторасливается по шлангу через крышку распределительных шестерен (с правой стороныдвигателя) в картер.

Вентиляция картера двигателя закрытая, принудительная, действующая врезультате разрежения во впускном трубопроводе и в воздушном фильтре. Приработе двигателя на холостом ходу и на частичных нагрузках газы из картераотсасываются во впускную трубу, на полных нагрузках – в воздушный фильтр ивпускную трубу.

 

2.3 Система охлаждения

Системаохлаждения двигателя — жидкостная, закрытая с принудительной циркуляциейжидкости. Состоит из рубашки, окружающей цилиндры и головки цилиндров двигателя.насоса 15 центробежного типа, радиатора 12, жалюзи И, вентилятора 14, термостата8, системы клапанов, помещенных в пробке радиатора, расширительного бачка, исливных краников 1 и 13. В систему охлаждения включены также радиаторыотопления кузова 4 и 5. Система охлаждения заполнена жидкостью Тосол А- 40,замерзающей при температуре -40 °С. Емкость системы охлаждения 12 л. Поддержание правильного теплового режима оказывает решающее влияние на износ двигателя и экономичностьего работы. «Температура охлаждающей жидкости при наивыгоднейшем тепловомрежиме работы двигателя должна быть в пределах 85...90 °С.Указаннаятемпература поддерживается при помощи автоматически действующего термостата иуправляемых вручную жалюзи радиатора. Для контроля температуры охлаждающейжидкости в комбинации приборов имеется электрический указатель, датчик 10которого ввернут в корпус термостата. Кроме того, в комбинации приборов имеетсякрасная сигнальная лампочка, загорающаяся при повышении температуры жидкости до104...109 „С. Датчик ее также ввернут в корпус термостата. При загораниилампочки следует немедленно устранить причину перегрева: перейти на болеелегкий режим движения (сбавить газ), усилить охлаждение, открыв жалюзи. Насоснагнетает жидкость в рубашку блока цилиндров, откуда через отверстия впрокладке поступает в головку цилиндров. Отсюда, в зависимости от температурногосостояния двигателя, жидкость термостатом направляется или в верхний бачокрадиатора (при прогретом двигателе) или обратно в двигатель (при холодномдвигателе).

Рис. 17.

  />2.2. Термостат — с твердым наполнителемтермосилового элемента, двухклапанный, типа ТС-107-01 расположен на переднем торцеголовки блока цилиндров и соединен шлангами с водяным насосом и радиатором. Полостькорпуса термостата совмещена с полостью головки. Основной клапан термостатаначинает открываться при температуре 78...82 °С, когда температура достигает 94°С он полностью открыт. При закрытом основном клапане жидкость в системеохлаждения циркулирует через перепускной патрубок корпуса термостата и водянойнасос обратно в двигатель. При этом дополнительный клапан полностьюоткрываться.  Когда основной клапан полностью открыт,дополнительныйклапан закрывается, и жидкость через патрубок крышки термостата поступает вверхний бачок радиатора. Жалюзи следует открывать только при достижении 90 °С…В зимнее время рекомендуется на переднюю часть автомобиля надеть теплый капот.Ни в коем случае нельзя в зимнее время снимать термостат. Двигатель безтермостата прогревается очень долго и работает при низкой температуре,вследствие этого ускоряется износ двигателя и увеличивается расход бензина, атакже происходит интенсивное отложение смолистых веществ на внутренних стенкахдвигателя.

         Рис. 18.

  />2.3. Насос — центробежного типа, устанавливается напереднем торце блока цилиндров двигателя, состоит из корпуса насоса 2 крышкикорпуса, крыльчатки 5, сальника 4 и валика с подшипником 7. Уплотнитель насосасостоит из обоймы с резиновой манжетой, разжимной пружины и шайбы уплотняющей всборе.  Уплотнитель запрессовывается в гнездо корпуса насоса. Напрессованный навалик подшипник запрессовывается в корпус насоса и стопорится в нем фиксатором3. Крыльчатка напрессовывается на задний конец валика, а ступица для креплениявентилятора — на передний конец валика. Подшипник насоса при сборке заполняетсясмазкой и в процессе эксплуатации смазки не требует. Подшипник насоса отделенот водяной полости самоподвижным уплотнителем. Жидкость, просочившаяся черезуплотнитель, не попадает в подшипник, а вытекает через отверстие в нижней частикорпуса насоса. Между корпусом и крышкой насоса, а также между крышкой и блокомцилиндров двигателя устанавливаются паронитовые прокладки. В корпус насосавворачивается штуцер отвода жидкости от радиатора отопителя.

2.4.Вентилятор пластмассовый, шестилопастной. К вентилятору четырьмя болтами и квадратнымигайками крепится металлический фланец. Под головки болтов устанавливаютсястопорные шайбы с обжимкой их граней. В отверстия пластмассового вентиляторапод крепежные болты заливаются металлические втулки. Вентилятор металлическимфланцем крепится четырьмя болтами к ступице на валике насоса. Вентилятор всборе с фланцем балансируется (статический дисбаланс не более 6 г.с.см). Вал вентилятора насоса приводится во вращение двумя клиновыми ремнями от шкива коленчатоговала. Этими же ремнями приводится в действие генератор. Натяжение ремнейрегулируется поворотом генератора. При правильном натяжении каждый ремень подусилием большого пальца руки (4 кгс) должен прогибаться на 8...10 мм.

            Рис. 19.

  2.5. Радиатор — трубчато-пластинчатый.Плоские вертикальные трубки впаяны в верхний и нижний бачки радиатора в триряда в промежутках представляющие собой гофрированную (в виде змейки) меднуюленту. В бачки впаяны патрубки для подвода (в верхний бачок) и отвода (в нижнийбачок) жидкости. В верхний бачок впаяна наливная горловина и штуцер датчикаконтрольной лампочки температуры воды. В нижнюю часть наливной горловины впаянпатрубок шланга расширительного бачка. Верхний и нижний бачки радиаторадополнительно соединены припаянными к ним боковыми стойками. Радиатор крепитсяпри помощи кронштейнов, расположенных на его боковых стойках, четырьмя болтамик перегородке (щитку) радиатора, приваренной к кузову. /> К боковым щиткам радиатора прикреплен кожух вентилятора,штампованный из листовой стали. Пробка радиатора закрывает герметически всюсистему охлаждения. Пробка имеет два клапана выпускной, отрегулированный наизбыточное давление в системе 44.5...59.5 кПа (0.45...0.60 кгс/см), и впускной,отрегулированный на разрежение в системе 0.98...9.б кПа (0.01...0.10 кгс/см).Нормальная работа клапанов зависит от исправности резиновых прокладок. Приповрежденных прокладках система негерметична. Герметичность системыобеспечивает более высокую температуру охлаждающей жидкости без закипания и темсамым большую теплоотдачу радиатора. Расширительный бачок изготовлен из полупрозрачнойпластмассы, соединен шлангом с наливной горловиной радиатора. На корпусе бачкаимеется метка “MIN», по которой устанавливается уровень жидкости. Принагреве жидкость расширяется, и избыток ее через выпускной клапан в пробкерадиатора перетекает в расширительный бачок. При охлаждении двигателя жидкостьчерез впускной клапан Я перетекает обратно в радиатор. Пробка расширительногобачка имеет резиновый клапан. Клапан имеет прорезь и два небольших отверстия покраям прорези. Отверстия обеспечивают сброс избыточного давления в бачке доатмосферного, а прорезь исключает образование разрежения в бачке при обратнойциркуляции жидкости из бачка в двигатель. Перед радиатором установлены жалюзидля регулирования степени его охлаждения. Управляются жалюзи через гибкую тягурукояткой, расположенной под щитком прибором. Вытянутое положение рукоятки соответствуетзакрытым створкам жалюзи. Техническое обслуживание системы охлаждения включаетв себя ежедневную проверку уровня охлаждающей жидкости в расширительном Дачке.Уровень жидкости на холодном двигателе при температуре 15...25 «С долженбыть у метки „MIN“ или выше ее на 3...S см. Через каждые 5 тыс. кмнеобходимо проверять герметичность в соединениях шлангов, а также натяжениеремней вентилятора, водяного насоса и генератора. При появлении протеканияжидкости произвести подтяжку стяжных хомутов. Прогиб ремней привода проверяетсянажатием на середину ветви с усилием 40 Н (4 кгс), при этом величина прогибадолжна находиться в пределах 8...10 мм. Регулируется натяжение изменениемположения генератора. Через 16 тыс. км также следует проверять водяной насос ипрочищать контрольное отверстие для выхода охлаждающей жидкости. Течь не допускается.Перед началом зимней эксплуатации следует проверять плотность охлаждающейжидкости в системе охлаждения, которая должна быть в пределах 1.078...1.085г/см* при 20 „С. При меньшем значении плотности Тосол А-40 замерзает приболее высокой температуре. Периодичность замены охлаждающей жидкости — каждыедва года или через каждые 60 тыс. км пробега автомобиля. При большой потережидкости допустимо временно добавлять в систему охлаждения воду. Для этогопосле охлаждения двигателя надо снять с радиатора и расширительного бачкапробки и залить в радиатор воду до верхнего среза наливной горловины, затемпоставить пробку радиатора на место. Долить в расширительный бачок воды на7...10 см выше метки и поставить его пробку на место. При первой возможностинадо сменить воду на Тосол А-40. При замене жидкости систему следует промывать.Для этого имеющуюся жидкость сливают и заполняют систему водой, пускаютдвигатель и прогревают. Затем на малой частоте вращения холостого хода сливаютводу и останавливают двигатель. После охлаждения двигателя повторяют промывку.Заполняют систему жидкостью через радиатор (при снятой пробке расширительногобачка) до верхнего среза наливной горловины и закрывают радиатор пробкой. Заливаютжидкость в расширительный бачок на 3...5 см выше метки “MIN» и закрываютбачок пробкой. Слив жидкости производится одновременно через два краника один38 расположен на нижнем бачке радиатора, другой 43 с правой стороны блокацилиндров (в задней его части). При сливе надо снять пробку радиатора и открытькран радиатора отопления кузова.

2.4 Система питания и выпуска отработавших газов

 

Система состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного насоса,фильтра тонкой очистки топлива, карбюратора, воздушного фильтра, впускного ивыпускных трубопроводов и глушителя шума выхлопа.

Топливный бакрасположен сзади автомобиля под полом багажника. Бак крепится к кузову припомощи лент и крючков. Бак состоит из двух частей сваренных между собой. Внижней части бака находится сливное отверстие, закрытое пробкой с прокладкой.Для отвода воздуха при заполнении бака топливом с целью предупреждениявыплескивания топлива бак снабжен воздушной трубкой. На нижнем концетопливозаборной трубки, расположенной в верхней половине бака, установленсъемный фильтр, состоящий из семи элементов, изготовленных из капроновой сетки.Пробка наливной горловины герметично закрывает бак при помощи прокладки ипружины и имеет впускной и выпускной клапаны. Выпускной клапан срабатывает придавлении 40…165 мм вод. ст., впускной клапан срабатывает при разряжении 45…350мм вод. ст.

Топливопроводвыполнен из латунных трубок наружного диаметра 8 мм. Трубки соединены с топливным насосом, топливным баком, фильтром тонкой очистки топлива икарбюратором посредством штуцеров, конических муфт и накидных гаек.

Топливный насос Б-9В-Б диафрагменного типа приводится в действие от эксцентрика,расположенного на распределительном валу двигателя. Над всасывающими клапанаминасоса установлен фильтр, выполненный из мелкой латунной сетки. Чтобы заполнитькарбюратор топливом при неработающем двигателе, насос имеет приспособление дляручной подкачки. Для контроля герметичности диафрагмы в корпусе насоса имеетсяотверстие защищенное сетчатым фильтром. Фильтр тонкой очистки топлива имеет фильтрующийэлемент, состоящий из латунной сетки.

Карбюратор К-151 состоит из трех основных разъемных частей, соединенных черезуплотнительные прокладки винтами. Верхняя часть карбюратора состоит из воздушногопатрубка, разделенного на два канала, с воздушной заслонкой в канале первичнойсекции. Средняя часть состоит из поплавковой и двух смесительных камер иявляется корпусом карбюратора. Нижняя часть – корпус дроссельных заслонок,включающая смесительные патрубки с дроссельными заслонками первичной ивторичной камер карбюратора, отлита из алюминиевого сплава. Прокладка междусредней и нижней частями карбюратора является уплотнительной итеплоизоляционной.

Конструктивно карбюратор состоит из двух функциональных камер: первичнойи вторичной. Каждая камера карбюратора имеет собственную главную дозирующую систему.Система холостого хода имеет количественную регулировку постоянного составасмеси. Во вторичной камере карбюратора имеется переходная система с питаниемтопливом непосредственно из поплавковой камеры, которая вступает в работу вмомент открытия дроссельной заслонки вторичной секции.

Ускорительный насос – диафрагменного типа. Для обогащения горючей смесипри полной нагрузке двигателя во вторичной секции предусмотрен эконостат.

Система пуска холодного двигателя полуавтоматическая, состоит изпневмокорректора, системы рычагов и воздушной заслонки, закрытие которой передпуском холодного двигателя осуществляется водителем при помощи ручного привода.Система отключения подачи топлива состоит из электронного блока управления,микровыключателя, электромагнитного клапана и экономайзера принудительногохолостого хода.

Система рециркуляции отработавших газов состоит из клапана рециркуляции, установленного нагазопроводе, термовакуумного выключателя, ввернутого в водяную рубашку головкиблока цилиндров и двух соединительных шлангов. Рециркуляция отработавших газовчерез впускной тракт осуществляется на двигателе, прогретом до температурыохлаждающей жидкости 35…40° С на частичных нагрузках. Системарециркуляции отработавших газов не работает на частотах холостого хода и приполном открытии дросселя, так как отверстие передающее разряжение надиафрагменный механизм клапана рециркуляции, расположено над дроссельнойзаслонкой карбюратора.

Воздушный фильтр сухого типа со сменным фильтрующим элементом из пористого картона.Воздушный фильтр и двигатель имеют устройство, благодаря которому в зависимостиот положения заслонки в карбюратор может поступать холодный или подогретыйвоздух. Газопровод крепится семью шпильками к головке цилиндров. Средняя частьвпускного трубопровода подогревается отработавшими газами, проходящими повыпускному трубопроводу. Степень подогрева можно регулировать вручную при помощиповорачивающейся заслонки.

Система выпуска отработавших газов состоит из двух труб двигателя, двух приемных трубсоединенных газоприемником, глушителя, резонатора и выпускной трубы снаконечником. Глушитель и резонатор неразборной конструкции. Корпус глушителя покрыттеплоизоляционным слоем асбеста, который для предотвращения от поврежденияобернут жестью.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

 

3.1 Топливо

 

В соответствии с заданной степенью сжатия e=9.5 длярассчитываемого двигателя можно использовать бензин марки А-92.

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина:

–                                  углерода                         C – 0.855;

–                                  водорода                        H – 0.145;

–         молекулярнаямасса       mT<sub/>=115 кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания:

/>               (3.1)

/> кДж/кг.

3.2Параметры рабочего тела

 

1) Теоретическое количествовоздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива принятого состава, определяетсяпо формуле:

/>                                    (3.2)

/>моль/кг.

/>                                          (3.3)

/>

2)Коэффициент избытка воздухаустанавливаетсяна основании следующихсоображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы,обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростнойхарактеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателядвухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого ходапозволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так иэкономичный состав смеси. a=0.95по заданию.

3)Количество горючей смеси:

/>кмоль св.зар./кг топл.   (3.4)

4) Количество отдельных компонентовпродуктов полного сгорания при К=0.5 и принятом скоростном режиме:

/>                                   (3.5)

/>кмольСО2/кг топл.;

/>                                     (3.6)

/> кмольСО/кг топл.;

/>                       (3.7)

/> кмольН2О/кг топл.;

/>                            (3.8)

/>кмольН2/кг топл.;

/>кмоль N2/кгтопл.     (3.9)

5) Общееколичество продуктов полного сгорания

/>                        (3.10)

/>кмольпр.сг./кг топл.

3.3Параметры окружающей среды и остаточные газы

Атмосферные условия: р0=0.1МПа;               

 Т0=293 К;

Давлениеокружающей среды: рк=р0=0.1 МПа;

Температураокружающей среды: Тк=Т0=293 К.

Температураостаточных газов. При постоянном значении степени сжатия e=9,5температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличениемскоростного режима при a=const,но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения nи a,можно принять значения  Tr<sub/> длярасчетного режима карбюраторного двигателя в пределах, Tr<sub/>=1040К.

Давлениеостаточных газов pr,за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивления приконструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемого двигателя можнопринять на номинальном скоростном режиме:

/>МПа                         (3.11)

3.4Процесс впуска

1)Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнениядвигателя на номинальном скоростном режиме принимается DTN = 8°C.

2)Плотность заряда на впуске

/>кг/м3                              (3.12)

где/>Дж/(кг·град) – удельнаягазовая постоянная для воздуха.

3)Потери давления на впуске в двигателе. В соответствии со скоростным режимомдвигателя и с учетом небольших гидравлических сопротивлений во впускной системеможно принять />; ωвп=95м/с.

/>                           (3.13)

/> МПа

гдеβ – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом

сечениицилиндра;

ξвп– коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наибо-

лееузкому сечению;

 ωвп– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной

 системы

 />

4) Давление в конце впуска

/>МПа                       (3.14)

5)Коэффициент остаточных газов. При определении grдля карбюраторных двигателей без наддува принимается коэффициент очистки />, а коэффициент дозарядкина номинальном скоростном режиме />. Тогдапри (nN<sub/>=4500 мин-1)

/>                                    (3.15)

/>

где/> - температура подогревасвежего заряда от стенок.

6) Температура в конце впуска

/>                                 (3.16)

/> К

7) Коэффициент наполнения

/>     (3.17)

3.5 Процесс сжатия

В четырехтактных двигателях без наддува воздухпоступает во впускной трубопровод с температурой окружающей среды. Поэтомупроцесс сжатия не является адиабатным, а протекает в условиях теплообмена междусвежим зарядом и деталями двигателя. В начале сжатия температура свежего зарядазначительно ниже температуры окружающих поверхностей цилиндра, днища поршня,головки цилиндра, тарелок клапанов. Вследствие этого наблюдается приток теплотык свежему заряду. По мере увеличения давления сжатия температура зарядаповышается и с некоторого момента становится выше температуры окружающихповерхностей. Направление теплового потока изменяется на обратное и теплота ужебудет передаваться от заряда к деталям двигателя.

Такимобразом, процесс сжатия протекает с переменным показателем политропы сжатия n1.

Ввидусложности теплообмена между свежим зарядом и окружающими деталями можносчитать, что в реальном двигателе процесс сжатия проходит по политропе с некоторымсредним значением показателя n1.

Основнымфакторами, влияющими на показатель политропы сжатия n1,являются: частота вращения коленчатого вала, интенсивность охлаждения цилиндра,его размеры, конструктивные особенности камер сгорания, утечка газов черезнеплотности поршневых колец и клапанов.

1)По номограмме рис. 4.4 [1] определяем показатель адиабаты k1=1.3768.

2)Значение показателя политропы сжатия принимаем равным n1=1.376.

3)Давление в конце сжатия:

/>МПа                      (3.18)

4)Температура в конце сжатия:

/>К                                (3.19)

5) Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

/>                                (3.20)

/>кДж/(кмоль·град);

где/>775 – 273 = 502 °С

б)остаточных газов (определяется методом интерполяции по табл. 3.8 [1])при nN=4500мин-1, α=0.95и tc=502°С

/> кДж/(кмоль·град) (3.21)

где24.014 и 24.440 – значения теплоемкости продуктов сгорания при />

 соответственнопри 500 и 600 ºС, [1, табл. 3.8].

в)рабочей смеси

/>                             (3.22)

/> кДж/(кмоль·град).

3.6Процесс сгорания

 

Входе этого процесса химическая энергия топлива превращается в тепловую, котораязатем распределяется по частям так: переходит в механическую работу, идет на повышениевнутренней энергии газов; передается окружающим поверхностям деталей и черезних переходит к охлаждающей жидкости или к воздуху; из топлива не выделяетсяиз-за неполного его сгорания; теряется за счет диссоциации газов при высокихтемпературах.

Наиболееинтенсивно топливо сгорает на участке индикаторной диаграммы c-zкоторый называют участком видимого сгорания.

Экспериментальноустановлено, что на участке c-z,топливо всегда сгорает не полностью, а догорает далее в процессе расширения.

1)Коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:

/>                                     (3.23)

2)Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

/>                       (3.24)

3)Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания:

/>кДж/кг        (3.25)

4)Теплота сгорания рабочей смеси:

/>кДж/кмольраб.см.    (3.26)

5) Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

/>       (3.27)

/>

6)Коэффициент использования теплоты xzзависитот режима работы двигателя, способа смесеобразования, условий охлаждения камерысгорания, степени диссоциации газов и быстроходности двигателя.

Принимаемxz= 0.93.

7)Температура в конце видимого процесса сгорания

/>                                    (3.28)

/>

/>

откудаtz=2623°С

/>К                           (3.29)

8)Максимальное давление сгорания теоретическое:

/>МПа           (3.30)

9) Максимальное давление сгорания действительное:

/>МПа                    (3.31)

10)Степень повышения давления:

/>                          (3.32)

 

3.7Процессы расширения и выпуска

Вначале процесса расширения, который условно начинается в момент достижения вцилиндре максимальной температуры цикла, продолжается подвод теплоты к рабочемутелу, затем расширение происходит с отводом теплоты к стенкам. Догорание впроцессе расширения происходит вследствие несовершенства перемешивание воздухас топливом, недостаточного времени на сгорание. Интенсивный теплообмен междурабочим телом и стенками днища поршня, головки цилиндров, гильзы осуществляетсяв течение всего процесса расширения и различен для разных его участков. В результатевлияния догорания топлива, восстановления продуктов диссоциации, охлаждениярасширяющихся газов, утечки газов через неплотности поршневых колец и клапановдействительный процесс расширения протекает с переменным значением показателяполитропы.

Среднийпоказатель адиабаты расширения k2определяется по монограмме [1, рис.4.8] при заданном eдля соответствующих значений a и Tz,а средний показатель политропы расширения n2определяется по величине среднего показателя адиабаты.

1) Давление в конце процесса расширения:

/> МПа                                   (3.33)

2)Температура в конце процесса расширения:

/> К                                     (3.34)

3)Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

/> К                          (3.35)

/> %, чтодопустимо            (3.36)

3.8Индикаторные параметры рабочего цикла

 

Средниминдикаторным давлением рiназывают условное постоянное давление газов, которое, воздействуя на поршень,за один его ход от ВМТ к НМТ совершает работу, равную работе за один рабочийцикл.

1)Теоретическое среднее индикаторное давление:

/>                   (3.37)

/>МПа

Вдействительном рабочем цикле среднее индикаторное давление получается меньше, содной стороны, из-за округления индикаторной диаграммы у расчетных точек с,z и в, вследствие начала горения топлива до ВМТ, начала открытиявыпускного клапана до НМТ; а с другой – из-за наличия насосных потерь привпуске и выпуске. Потери на округление учитываются коэффициентом полноты jииндикаторной диаграммы.

2)Среднее индикаторное давление:

/>МПа                     (3.38)

гдеjи=0.96– коэффициентом полноты индикаторной диаграммы.

Экономичностьпротекания действительного цикла оценивается двумя показателями: индикаторнымКПД hiи удельным расходом топлива giна единицу индикаторной мощности в единицу времени.

3)Индикаторным КПД называется отношение теплоты, обращенной в механическую работуцикла, к теплоте, сгорания топлива:

/>                        (3.39)

Значенияиндикаторного КПД hiвсегда ниже термического КПД ht,так как он учитывает не только отвод теплоты к холодному источнику, но и потери,связанные с неполнотой сгорания, отводом теплоты к стенкам и с отработавшимигазами, диссоциацией, утечками газа через неплотности и т.д.

4) Индикаторный удельный расход топлива:

/>г/(кВт·ч)                       (3.40)

Индикаторная мощность не можетбыть полностью передана потребителю, поскольку некоторая ее часть неизбежнозатрачивается на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Этучасть мощности называют мощностью механических потерь. К ней относитсямощность, затрачиваемая: на трение между движущимися деталями двигателя(например, трение поршней и поршневых колец), движущимися деталями с воздухом,маслом (маховик, шатун и др.); приведение в действие вспомогательных агрегатови устройств двигателя (насосов, генератора и др.); очистку и наполнение цилиндра(насосные потери); привод нагнетателя (при механическом приводе от коленчатоговала).

3.9 Эффективные показатели двигателя

 

1) Предварительно приняв ходпоршня S= 92 мм, получимзначение средней скорости поршня при nN=4500 мин-1

/>м/с                                (3.41)

2) Среднее давление механических потерь:

/>МПа              (3.42)

3) Среднее эффективное давление:

/> МПа                       (3.43)

4) Механический КПД

/>                                             (3.44)

Показателями экономичностиработы двигателя в целом (а не только его действительного цикла) служатудельный эффективный расход топлива geи эффективный КПДhе.

5) Эффективный КПД:

/>                                (3.45)

6) Эффективныйудельный расход топлива:

/> г/(кВт·ч)                         (3.46)

 

3.10Основные параметры цилиндра и двигателя

1) Литраж двигателя

/>л                                  (3.47)

где t= 4 – количество тактов двигателя.

2)Рабочий объем одного цилиндра:

/> л                                            (3.48)

гдеi= 4– количество цилиндров двигателя.

3)Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят   S=81 мм,то:

/>мм                       (3.49)

Окончательнопринимаем D=93мм, S= 92 мм.

Основныепараметры и показатели двигателя определяем по окончательно принятым значениям /> и />:

Площадьпоршня:

/> см2                           (3.50)

Литраждвигателя:

/> л                         (3.51)

Мощность двигателя:

/> кВт                          (3.52)

Литроваямощность двигателя:

/> кВт/л                                      (3.53)

Крутящиймомент:

/> Нм                         (3.54)

Часовойрасход топлива:

/> кг/ч                      (3.55)

3.11Расчет и построение индикаторной диаграммы

 

Индикаторная диаграмма строится с целью проверкиполученного аналитическим путем значения среднего индикаторного представленияпротекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.

Индикаторнаядиаграмма двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е.при Ne=85кВт и n=4500мин-1, аналитическим методом.

Масштабдиаграммы: масштаб хода поршня Ms=1мм в мм; масштаб давления Mp=0.05МПа в мм.

Величиныв приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объемукамеры сгорания:

/> мм                                             (3.56)

/> мм                                      (3.57)

Максимальнаявысота диаграммы (точка />)

/>мм                                      (3.58)

Поданным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величиныдавлений в характерных точках.

Ординаты характерных точек:

/>мм                          />мм   (3.59)

/>мм                      />мм

/> мм

Построениеполитропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а)политропа сжатия />. Отсюда:

/> мм,              (3.60)

где:/> мм;

б)политропа расширения />. Отсюда:

/> мм;              (3.61)

Результатырасчета точек приведены в табл. 3.1

Теоретическоесреднее индикаторное давление:

/>МПа                                 (3.62)

где/>2160 мм2 –площадь диаграммы />.

Таблица3.1№ точек

ОХ, мм

ОВ/ОХ

Политропа сжатия Политропа расширения

/>

/>, мм

/>, МПа

/>

/>, мм

/>, МПа

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

10.8235
11.4235
13.0235
14.8235
18.8235
20.8235
22.8235
24.8235

32.6235
40.4235
48.2235
56.0235
63.8235
71.6235
79.4235
87.2235

95.0235
102.823

9.5000
9.0010
7.8952
6.9365
5.4625
4.9379
4.5052
4.1422
3.1518
2.5437
2.1322
1.8354
1.6111
1.4356
1.2946
1.1789

1.0821
1.0000

22.1487
20.5639
17.1701
14.3684
10.3431
9.0014
7.9342
7.0682

4.8531
3.6134
2.8345
2.3061
1.9275
1.6447
1.4266
1.2541

1.1147
1.0000

37.6415
34.9482
29.1804
24.4191
17.5780
15.2978
13.4842
12.0123

8.2478
6.1409
4.8172
3.9192
3.2757
2.7951
2.4245
2.1313
1.8944
1.6995

1.8821
1.7474
1.4590
1.2210
0.8789
0.7649
0.6742
0.6006

0.4124
0.3070
0.2409
0.1960
0.1638
0.1398
0.1212
0.1066

0.0947
0.0850

16.7537
15.6594
13.2892
11.3008
8.3794
7.3843
6.5833
5.9261

4.2092
3.2184
2.5805
2.1388
1.8168
1.5726
1.3817
1.2288

1.1038
1.0000

149.553
139.785
118.627
100.877
74.8000
65.9170
58.7668
52.9003

37.5739
28.7290
23.0349
19.0927
16.2178
14.0378
12.3336
10.9687

9.8533
8.9266

7.4777
6.9893
5.9314
5.0439
3.7400
3.2958
2.9383
2.6450

1.8787
1.4365
1.1517
0.9546
0.8109
0.7019
0.6167
0.5484

0.4927
0.4463

Величина/>1,1739 МПа, полученнаяпланиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине />1,1752 МПа, полученной в тепловомрасчете.

Скруглениедиаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так какрассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=4500мин-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетомполучения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечениядозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытиявпускного клапана /> устанавливаетсяза 18º до прихода поршня в ВМТ, а закрытия /> –через 60º после прохода поршня НМТ. Начало открытия выпускного клапана /> принимается за 55º доприхода поршня в НМТ, а закрытие точка /> –через 25º после прохода поршнем ВМТ. Учитывая быстроходность двигателя,угол опережения зажигания /> принимаетсяравным 35º, а продолжительность периода задержки воспламенения – />.

Всоответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажиганияопределяем положение точек /> и /> по формуле для перемещенияпоршня.

/>                       (3.63)

где/> - отношение радиусакривошипа к длине шатуна.

Выборвеличины /> производится припроведении динамического расче-та, а при построении индикаторной диаграммыпредварительно принимается l=0,285.

Расчетыординат точек /> и />сведены в табл. 3.2.

Положениеточки  /> определяется из выражения:

/>МПа                 (3.64)

/>мм                                      (3.65)

                                                             

Таблица 3.2

Расчет ординат точек /> и/>

Обозначение точек Положение точек

j°

/>

Расстояния точек от ВМТ

(АХ), мм

/>

18º до в.м.т. 18 0.0626 2.8773

/>

25º после в.м.т. 25 0.1191 5.4806

/>

60º после н.м.т. 120 1.6069 73.9163

/>

35º до в.м.т 35 0.2277 10.4755

/>

30º до в.м.т 30 0.1696 7.8016

/>

55º<sup/>до н.м.т.

125 1.6692 76.7830

Действительноедавление сгорания:

 

/>МПа                    (3.66)

/>мм                           (3.67)

Нарастаниедавления от точки />до zДсоставляет 6.356-2.3526=4,003 МПа или 4.003/10=0.4 МПа/град п.к.в., где 10 –положение точки zДпо оси абсцисс, град.

Соединяяплавными кривыми точки rс />, /> с /> и далее с zДи кривой расширения /> с /> (точка /> располагается междуточками b и a)и линией выпуска />/>/>, получаем скругленнуюиндикаторную диаграмму />.

4. КИНЕМАТИКА

1)Выбор λ и длины Lш шатуна.

 Вцелях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных инормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно былопринято в тепловом расчете λ=0.285. В соответствии с этим

/> мм                                          (4.1)

Построивкинематическую схему кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1), устанавливаем,что ранее принятые значения Lш и λ обеспечивают движение шатунабез задевания за нижнюю кромку цилиндра.

2) Перемещение поршня.

/>мм.                                 (4.2)

РасчетSx производится аналитически через каждые 10º углаповорота коленчатого вала Значения для /> при различных φвзяты из табл. 7.1 [1] и занесены в гр. 2 расчетной табл. 4.1.

3)Угловая скорость вращения коленчатого вала

/> рад/с                                      (4.3)

4) Скорость поршня

/> м/с.                                     (4.4)

Значениядля /> взяты из табл. 7.2 [1] изанесены в гр. 4, а рассчитанные значения Vп– в гр. 5 табл. 4.1.

5)Ускорение поршня

/> м/с2                                       (4.5)

Значениядля /> взяты из табл. 7.3 [1] изанесены в гр. 6, а рассчитанные значения j– в гр. 7 табл. 4.1.

Таблица 4.1Кинематическийрасчет

φº

/>

Sx,мм

/>

Vп, м/с

/>

j, м/с2

 

1 2 3 4 5 6 7

 

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

0.0195

0.0770

0.1696

0.2928

0.4408

0.6069

0.7838

0.9646

1.1425

1.3119

1.4679

1.6069

1.7264

1.8249

1.9017

1.9564

1.9891

2.0000

1.9891

0
0.8965
3.5409
7.8016
13.4703
20.2784
27.9163
36.0553

44.3695
52.5550
60.3452
67.5211
73.9163
79.4149
83.9464
87.4759

89.9926
91.4988
92.0000
91.4988

0.2224

0.4336

0.6234

0.7831

0.9064

0.9894

1.0313

1.0335

1.0000

0.9361

0.8481

0.7426

0.6257

0.5025

0.3766

0.2504

0.1249

-0.0000

-0.1249

0
4.8207
9.3995
13.5136
16.9757
19.6476
21.4480
22.3553

22.4042
21.6770
20.2912
18.3842
16.0977
13.5635
10.8917
8.1634

5.4284
2.7077
-0.0000
-2.7077

1.2850

1.2526

1.1580

1.0085

0.8155

0.5933

0.3575

0.1237

-0.0942

-0.2850

-0.4415

-0.5603

-0.6425

-0.6923

-0.7166

-0.7235

-0.7214

-0.7170

-0.7150

-0.7170

13126
12796
11829
10302
8331
6061
3652
1264

-962
-2911
-4510
-5724
-6563
-7072
-7320
-7391

-7369
-7324
-7304
-7324

 

 

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

1.9564

1.9017

1.8249

1.7264

1.6069

1.4679

1.3119

1.1425

0.9646

0.7838

0.6069

0.4408

0.2928

0.1696

0.0770

0.195

89.9926
87.4759
83.9464
79.4149

73.9162
67.5211
60.3452
52.5550
44.3695
36.0553
27.9162
20.2784
13.4703
7.8016
3.5409
0.8965
0

-0.2504

-0.3766

-0.5025

-0.6257

-0.7426

-0.8481

-0.9361

-1.0000

-1.0335

-1.0313

-0.9894

-0.9064

-0.7831

-0.6234

-0.4336

-0.2224

0.0000

-5.4284
-8.1634
-10.8917
-13.5635

-16.0977
-18.3842
-20.2912
-21.6770
-22.4042
-22.3553
-21.4480
-19.6476

-16.9757
-13.5136
-9.3995
-4.8207
0.0000

-0.7214

-0.7235

-0.7166

-0.6923

-0.6425

-0.5603

-0.4415

-0.2850

-0.0942

0.1237

0.3575

0.5933

0.8155

1.0085

1.1580

1.2526

1.2850

-7369
-7391
-7320
-7072

-6563
-5724
-4510
-2911
-962
1264
3652
6061

8331
10302
11829
12796
13126

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

5. ДИНАМИКА

5.1.Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете,развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса.

Дляэтого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружностьрадиусом R=S/2.От центра полуокружности (точка О) в сторону НМТ откладываем поправку Бриксаравную

/>мм                                       (5.1)

гдеМs=1мм в мм –масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Полуокружностьделят лучами от центра О на несколько частей, а из центра Брикса (точка О¢)проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуютопределенным углам j (на лист 2 интервал между точками равен30°).Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторнойдиаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующийуглов j.Развертку индикаторной диаграммы начинаем от ВМТ в процессе хода выпуска. Приэтом следует учитывать, что на  свернутой индикаторной диаграмме давлениеотсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточноедавление над поршнем ∆Pr=Pr<sub/> - Po.Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферного, наразвернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные коси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.

Масштабыразвернутой диаграммы: давлений и удельных сил Мр=0.05 МПа вмм; полных сил Мр = МрFn=0.05·0.00679291=0.00034МН в мм;  угла поворота кривошипа Мj=3°в мм, или

/>рад в мм                             (5.2)

гдеОВ=240 мм – длина развернутой индикаторной диаграммы.

Поразвернутой диаграмме через каждые 10° угла поворотакривошипа определяют значения ∆рг и заносят в гр.2сводной таблицы 5.1 динамического расчета (в таблице 5.1 значения даны через 10°).

5.2 Приведение масс частейкривошипно-шатунного механизма

 

С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D,рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения рzустанавливают следующие значения масс частей КШМ:

масса поршневой группы (для поршня изалюминиевого сплава принято mn¢= 100 кг/м2)

/>кг;                        (5.3)

масса шатуна (для стального кованногошатуна принято m¢ш= 150 кг/м2)

/>кг;                        (5.4)

масса неуравновешенных частей одногоколена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято m¢к=140 кг/м2)

/>кг;                       (5.5)

Масса шатуна, сосредоточенная на осипоршневого пальца:

/>кг;                      (5.6)

Масса шатуна, сосредоточенная на осикривошипа:

/>кг;                      (5.7)

Массы, совершающиевозвратно-поступательное движение:

/>кг;                   (5.8)

Массы, совершающие вращательноедвижение:

/>кг;                  (5.9)

5.3 Удельныеполные силы инерции

В гр. 3 табл. 5.1 заносим значения и определяемзначения удельной силы возвратно-поступательно движущихся масс (гр. 4):

/> кН                    (5.10)

Центробежная сила инерции вращающихсямасс

/>кН            (5.11)

Центробежная сила инерции вращающихсямасс шатуна

/>кН           (5.12)

Центробежная сила инерции вращающихсямасс кривошипа

/>кН.            (5.13)

5.4 Удельные суммарные силы

 

Удельная сила (МПа), сосредоточенная наоси поршневого пальца:

/>                                                      (5.14)

Удельная нормальная сила (МПа):

/>                                                         (5.15)

Значения tgbопределяют для выбранного l и заносят в гр.6, а значения pN– в гр.7.

Удельная сила (МПа), действующая вдольшатуна (гр.9):

/>                                                   (5.16)

Удельная сила (МПа), действующая порадиусу кривошипа (гр. 11):

/>                                             (5.17)

Удельная (гр.13) и полная (гр. 14)тангенциальные силы:

/> МПа                               (5.18)

/> кН                       (5.19)

По данным табл. 5.1 на листемиллиметровой бумаги строят графики изменения удельных сил  рj, р, ps,pN,pки рТ в зависимости от изменения угла поворотаколенчатого вала j .

Среднее значение тангенциальной силы зацикл:

по данным теплового расчета:

/>Н      (5.20)

по площади, заключенной между кривой рТ и осью абсцисс:

/>МПа                  (5.21)

/>Н                         (5.22)

ошибка   />%                (5.23)

5.5 Крутящие моменты

 

Крутящий момент одного цилиндра (гр.15)

/> Нм                                     (5.24)

Период изменения крутящего моментачетырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

/>                                            (5.25)

Суммирование значений крутящих моментоввсех четырех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (табл.5.2)через каждые 10° угла поворота коленчатого вала и пополученным данным строится кривая Мкр в масштабе Мм = 10Нм в мм.

Таблица 5.2

Крутящиемоменты

φºколенчатого

вала

Цилиндры 1-й 2-й 3-й 4-й

Мкр,

Н·м

φ°кривошипа

Мкр.ц., Н·м

φ°кривошипа

Мкр.ц., Н·м

φ°кривошипа

Мкр.ц., Н·м

φ°кривошипа

Мкр.ц., Н·м

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

0
-126.06
-228.62
-286.88
-292.31
-247.41
-164.62
-62.482

39.089
123.80
181.71
209.64
210.75
191.53
159.34
120.73
80.137
39.822
0

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

0
-39.822
-80.137
-120.73
-159.34
-191.53
-211.90
-212.28

-186.68
-144.11
-69.813
9.1974
97.947
157.94
165.99
137.60

84.198
17.853
0

360

370

380

390

400

410

420

430

440

450

460

470

480

490

500

510

520

530

540

0
308.181
458.256
379.512
300.062
239.713
274.208
297.597
335.010
347.226
376.005
358.912
323.977
272.319
217.996
162.385

104.744
50.1729
0

540

550

560

570

580

590

600

610

620

630

640

650

660

670

680

690

700

710

720

0
-48.2200
-94.9800
-140.091
-182.025
-218.785
-235.013
-232.097

-200.707
-137.869
-49.7622
51.8257
154.391
238.039
284.223
280.450

224.151
124.127
0

0
94.0695
54.5114
-168.2001
-333.6298
-418.0159
-337.3366
-209.2665

-13.2920
189.0466
438.1470
629.5764
787.0669
859.8313
827.5603
701.1746

493.2327
231.9763
0

Средний крутящий момент двигателя:

по данным теплового расчета

/> Нм                              (5.26)

по площади, заключенной под кривой Мкр:

/> Нм              (5.27)

ошибка />%          (5.28)

Максимальный и минимальный крутящиемоменты:

Мкр.max= 860 Hм;  />Мкр min= -418 Hм.

5.6Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

 

Дляпроведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядногодвигателя, составляют таблицу 5.3, в которую переносят значения силы Т.

Суммарнаясила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:

/> кН                                     (5.29)

где:             /> кН                     (5.30)

Результирующаясила Rш.ш.,действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторовсил Т и Рк при построении полярной диаграммы. Масштабсил на полярной диаграмме для суммарных сил Мр=0.1 кН в мм.Значения Rш.ш<sub/> дляразличных φ заносят в таблицу и по ним строят диаграмму Rш.ш<sub/> впрямоугольных координатах.

Поразвернутой диаграмме Rш.ш<sub/> определяют:

/> кН                    (5.31)

Rш.ш.max=22.9кН,             Rш.ш.min=4.85кН,

гдеОВ – длина диаграммы, мм

F– площадь под кривой Rш.ш<sub/>,мм2 .

Таблица 5.3

Силы,действующие на шатунную шейку

j° Полные силы, кН Т К

Рк

Rш.ш.

Крк

Rк

1 2 3 4 5 6 7

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

0
-2.7406
-4.9702
-6.2367
-6.3547
-5.3785
-3.5788
-1.3583

0.8498
2.6915
3.9504
4.5574
4.5815
4.1637
3.4641
2.6246

1.7421
0.8657
0
-0.8657
-1.7421
-2.6246

-12.4724
-12.0490
-10.3812
-7.9295
-5.2376
-2.7958
-1.0132

-0.1091
-0.0915
-0.7926
-1.9372
-3.2395
-4.4545
-5.4336

-6.1253
-6.5563
-6.7838
-6.8806
-6.9060
-6.8806
-6.7838

-6.5563

-20.0186
-19.5951
-17.9274
-15.4756
-12.7837
-10.3419
-8.5594

-7.6552
-7.6377
-8.3388
-9.4833
-10.7857
-12.0007
-12.9797

-13.6715
-14.1024
-14.3300
-14.4267
-14.4522
-14.4267
-14.3300

-14.1024

20.0186
19.7858
18.6036
16.6851
14.2761
11.6569
9.2775

7.7748
7.6848
8.7624
10.2732
11.7090
12.8455
13.6312

14.1035
14.3445
14.4355
14.4527
14.4522
14.4527
14.4355

14.3445

-29.7331
-29.3097
-27.6419
-25.1902
-22.4983
-20.0565
-18.2740

-17.3698
-17.3523
-18.0534
-19.1979
-20.5002
-21.7153
-22.6943

-23.3861
-23.8170
-24.0445
-24.1413
-24.1668
-24.1413
-24.0445

-23.8170

29.7331
29.4375
28.0852
25.9508
23.3786
20.7652
18.6211
17.4228
17.3731
18.2529
19.6001
21.0007
22.1933
23.0731

23.6412
23.9612
24.1076
24.1568
24.1668
24.1568
24.1076
23.9612

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

410

420

430

440

450

460

470

480

490

500

510

520

530

540

550

560

570

580

590

600

610

620

630

640

650

660

670

-3.4641
-4.1637

-4.6067
-4.6149
-4.0583
-3.1330
-1.5177
0.1999
2.1293
3.4335

3.6085
2.9915
1.8304
0.3881
0
6.6996
9.9621
8.2503

6.5231
5.2112
5.9611
6.4695
7.2828
7.5484
8.1740
7.8024

7.0430
5.9200
4.7390
3.5301
2.2771
1.0907
0
-1.0483

-2.0648
-3.0455
-3.9571
-4.7562
-5.1090
-5.0456
-4.3632
-2.9972

-1.0818
1.1266
3.3563
5.1748

-6.1253
-5.4336
-4.4789
-3.2803
-1.9901
-0.9227

-0.1635
-0.0161
-0.6029
-1.7847
-2.9742
-3.8034
-3.8232

-1.7064
2.6894
29.4541
20.8079
10.4895
5.3764
2.7088

1.6877
0.5196
-0.7846
-2.2230
-4.0083
-5.5461
-6.8477

-7.7254
-8.3797
-8.8182
-8.8669
-8.6690
-8.5703
-8.3316

-8.0403
-7.6076
-6.9970
-6.2067
-4.9674
-3.5865
-2.1396

-0.8827
-0.1165
-0.0905
-0.9503
-2.6899

-13.6715
-12.9797
-12.0251
-10.8265
-9.5363
-8.4688

-7.7096
-7.5622
-8.1490
-9.3309
-10.5203
-11.3496
-11.3693

-9.2525
-4.8568
21.9079
13.2618
2.9434
-2.1698
-4.8374

-5.8584
-7.0266
-8.3307
-9.7692
-11.5545
-13.0923
-14.3939
-15.2716
-15.9259
-16.3644
-16.4130
-16.2152
-16.1165
-15.8777

-15.5864
-15.1537
-14.5432
-13.7529
-12.5135
-11.1327
-9.6858

-8.4288
-7.6627
-7.6366
-8.4964
-10.2360

14.1035
13.6312
12.8773
11.7690
10.3639
9.0298

7.8576
7.5648
8.4226
9.9426
11.1220
11.7372
11.5157

9.2606
4.8568
22.9094
16.5867
8.7596
6.8745
7.1103

8.3580
9.5513
11.0653
12.3456
14.1535
15.2409
16.0246

16.3789
16.6160
16.7408
16.5702
16.2518
16.1165
15.9123

15.7226
15.4567
15.0719
14.5521
13.5163
12.2227
10.6232

8.9458
7.7387
7.7193
9.1353
11.4697

-23.3861
-22.6943
-21.7397
-20.5411
-19.2508
-18.1834

-17.4242
-17.2768
-17.8636
-19.0455
-20.2349
-21.0641
-21.0839
-18.9671
-14.5714
12.1934
3.5472
-6.7712
-11.8844
-14.5520

-15.5730
-16.7412
-18.0453
-19.4837
-21.2691
-22.8069
-24.1085

-24.9862
-25.6405
-26.0789
-26.1276
-25.9297
-25.8310
-25.5923

-25.3010
-24.8683
-24.2578
-23.4674
-22.2281
-20.8472
-19.4003

-18.1434
-17.3773
-17.3512
-18.2110
-19.9506

23.6412
23.0731
22.2224
21.0531
19.6740
18.4513

17.4902
17.2779
17.9900
19.3525
20.5541
21.2755
21.1632

18.9710
14.5714
13.9127
10.5748
10.6731
13.5569
15.4569

16.6749
17.9477
19.4595
20.8948
22.7857
24.1046
25.1162

25.6779
26.0747
26.3168
26.2266
25.9527
25.8310
25.6138
25.3851
25.0541
24.5784
23.9446
22.8077
21.4491
19.8849

18.3893
17.4109
17.3877
18.5177
20.6108

 

680

690

700

710

720

6.1788
6.0967
4.8729
2.6984

-5.0926
-7.7515

-10.1780
-11.8633

-12.4724

-12.6387
-15.2977

-17.7241
-19.4095

-20.0186

14.0682
16.4678
18.3818
19.5962

20.0186

-22.3533
-25.0122

-27.4387
-29.1241

-29.7331

23.1915
25.7446

27.8681
29.2488

29.7331

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Пополярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил Rш.ш.j,действующих по каждому лучу диаграммы износа (от 1 до 12) определяют с помощьютаблицы 5.4. По данным таблицы в масштабе по каждому лучу откладывают величинусуммарных сил ΣRш.шіот окружности к центру. По лучам 4и 5 силы  ΣRш.ші<sub/> не действуют, апо лучам 6,7 и 8 действуют силы только в интервале 360º<φ<390º.

По диаграмме износа определяютрасположение оси масляного отверстия />.

Таблица5.4

Rш.ш.i

Значения Rш.ш.i, кН, для лучей

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rш.ш. 0

20.0186 20.0186 20.0186 - - - - - - - 20.0186 20.0186

Rш.ш. 30

16.6851 16.6851 16.6851 - - - - - - - - 16.6851

Rш.ш. 60

9.2775 9.2775 9.2775 - - - - - - - - 9.2775

Rш.ш. 90

8.7624 8.7624 - - - - - - - - 8.7624 8.7624

Rш.ш. 120

12.8455 12.8455 - - - - - - - - 12.8455 12.8455

Rш.ш. 150

14.3445 14.3445 - - - - - - - - 14.3445 14.3445

Rш.ш. 180

14.4522 14.4522 14.4522 - - - - - - - 14.4522 14.4522

Rш.ш. 210

14.3445 14.3445 14.3445 - - - - - - - - 14.3445

Rш.ш. 240

12.8773 12.8773 12.8773 - - - - - - - - 12.8773

Rш.ш. 270

9.0291 9.0291 9.0291 - - - - - - - - 9.0291

Rш.ш. 300

8.4226 8.4226 - - - - - - - - 8.4226 8.4226

Rш.ш. 330

11.7372 11.7372 - - - - - - - - 11.7372 11.7372

Rш.ш. 360

4.8568 4.8568 4.8568 - - - - - - - 4.8568 4.8568

Rш.ш. 390

- - - - - - - 8.759 8.759 8.759 8.759 8.759

Rш.ш. 420

8.358 - - - - - - - - 8.358 8.358 8.358

Rш.ш. 450

12.3456 - - - - - - - - 12.3456 12.3456 12.3456

Rш.ш. 480

16.0246 16.0246 - - - - - - - - 16.0246 16.0246

Rш.ш.i

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Rш.ш. 510

16.7408 16.7408 - - - - - - - - 16.7408 16.7408

Rш.ш. 540

16.1165 16.1165 16.1165 - - - - - - - 16.1165 16.1165

Rш.ш. 570

15.4567 15.4567 15.4567 - - - - - - - - 15.4567

Rш.ш. 600

13.5163 13.5163 13.5163 - - - - - - - - 13.5163

Rш.ш. 630

8.9458 8.9458 8.9458 - - - - - - - - 8.9458

Rш.ш. 660

9.1353 9.1353 - - - - - - - - 9.1353 9.1353

Rш.ш. 690

16.4658 16.4658 - - - - - - - - 16.4658 16.4658

SRш.ш.

291 270 147 - - - - 8.759 8.759 29.46 191 291 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

5.7Уравновешивание

 

Порядокработы двигателя 1-2-4-3. Промежутки между вспышками равны 180º.Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, расположенные под углом 180º.

Центробежныесилы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены:

/> и  />                                        (5.32)

Силыинерции первого порядка и их моменты также уравновешены:

/> и />                                           (5.33)

Силыинерции второго порядка для всех цилиндров направлены в одну сторону:

/>                              (5.34)

Уравновешиваниесил инерции второго порядка в рассчитываемом двигателе нецелесообразно, ибоприменение двухвальной системы с противовесами для уравновешивания /> значительно усложнит конструкциюдвигателя.

Моментыот сил инерции второго порядка в связи с зеркальным расположением цилиндровполностью уравновешены:

/>                                                   (5.35)

/>

Рис. 5.1Схема уравновешивания двигателя

 

5.8Равномерность крутящего момента и равномерность хода дви

гателя.

Равномерность крутящего момента:

/>;                   (5.36)

Избыточная работа крутящего момента:

/> Дж             (5.37)

где/> – площадь над прямойсреднего крутящего момента, мм2.

/> радв мм – масштаб угла поворота вала на

диаграммеМкр.

Равномерностьхода двигателя принимаем δ=0.01.

Моментинерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

/>кг·м2                             (5.38)

6. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА НА ПРОЧНОСТЬ

 

6.1 Расчет поршня

 

Наиболее напряженным элементом поршневойгруппы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловыенагрузки, поэтому при его изготовлении к материалу предъявляются повышенныетребования. Поршни автомобильных и тракторных двигателей изготовляют в основномиз алюминиевых сплавов и реже из чугуна.

Основные конструктивные соотношения размеровэлементов поршня (рис. 6.1) приведены в табл. 6.1. Величину верхней частипоршня h1выбираем,исходя из обеспечения одинакового давления опорной поверхности поршня по высотецилиндра и прочности бобышек, ослабленных отверстиями для пропуска масла. Этоусловие обеспечивается при

/>                                                    (6.1)

где hr– высота головки поршня.

Расстояние bмежду торцами бобышек зависит от способа крепления поршневого пальца и обычнопринимается на 2-3 мм больше длины верхней головки шатуна lш.Конкретные значения конструктивных элементов поршня принимаются по прототипам сучетом соотношений, приведены в табл. 6.1.

Поверочный расчет элементов поршняосуществляется без учета переменных нагрузок, величина которых учитывается приустановлении соответствующих допускаемых напряжений. Рассчитывают днище, стенкуголовки, верхнюю кольцевую перемычку, опорную поверхность и юбку поршня.

Днищепоршня рассчитывается на изгиб от действия максимальных газовых условий рzmaxкак равномерно нагруженная круглая плита, свободно опирающаяся на цилиндр. 

/>

Рис. 6.1Схема поршня

Материал поршня – алюминиевый сплав, αп=22·10-61/К.

Материал гильзы цилиндра – серый чугун, αц=11·10-61/К.

Для дизелей максимальное давление газов обычнодостигается при работе на режиме максимальной мощности.

Таблица 6.1

Наименование диапазон значение

Толщина днища поршня, d

(0,12 ¸ 0,20)D 8

Высота поршня, Н

(1,0 ¸ 1,7)D 105

Высота верхней части поршня, h1

(0,6 ¸ 1,0)D

Высота юбки поршня, hю

(0,6 ¸ 1,1)D 65

Диаметр бобышки, dб

(0,3 ¸ 0,5)D

Расстояние между торцами бобышек, b

(0,3 ¸ 0,5)D 44

Толщина стенки юбки поршня, dю, мм

2,0 ¸ 5,0

Толщина стенки головки поршня, s

(0,05 ¸ 0,10)D 7

Расстояние до первой поршневой канавки, l

(0,11 ¸ 0,20)D

Толщина первой кольцевой перемычки, hп

(0,04 ¸ 0,07)D 4

Радиальная толщина кольца, t

компрессионного (0,040 ¸ 0,045)D 4 маслосъемного (0,038 ¸ 0,043)D 3

Высота кольца, а, мм

3-5 3

Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии Ао

(3,2 — 4,0) t

Радиальный зазор кольца в канаве поршня ∆t, мм

компрессионного 0,70 – 0,95 0.8 маслосъемного 0,9 – 1,1

Внутренний диаметр поршня, di

D – 2 ( s+t+∆t )

Число масляных отверстий в поршне, nм

6-12 10

Диаметр масляного канала, dм

(0,3 — 0,5) a

1

Наружный диаметр пальца, dп

(0,30 ¸ 0,38)D 24

Внутренний диаметр пальца, dв

(0,50 ¸ 0,70)dп

16

Длина пальца, lп

(0,80 ¸ 0,90)D 80

Длина втулки шатуна, lш

(0,33 ¸ 0,45)D 40 /> /> /> />

 

Напряжение изгиба (МПа) в днище поршня

/>МПа                 (6.2)

где рzmax=рz=6.356МПа – максимальное давление сгорания;

/>мм– внутренний радиус днища.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости. Кроме того, в целях повышенияизносо- и термостойкости поршня целесообразно осуществить твердое анодированиеднища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания днища,а также пригорания верхнего компрессионного кольца.

При отсутствии у днища ребер жесткостидопустимые значения напряжений [sиз](МПа) лежат в пределах:

Для поршней из алюминиевых сплавов…………….…..…20-25

При наличии ребер жесткости [sиз]возрастают:

Для поршней из алюминиевых сплавов…………………… до 50-150

Головка поршня в сечении х–х,ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжение сжатия в сечении х-х:

площадь сечениях – х

 

/>м2  (5.3)

где  /> мм<sup/>– диаметр поршня по дну канавок;

/> мм– внутренний диаметр поршня;

/> мм2– площадь продольного диаметрального

сечения масляного канала.

Максимальнаясжимающая сила:

/> МН                (6.4)

Напряжениесжатия:

/> МПа                        (6.5)

Допустимые напряжения на сжатие дляпоршней из алюминиевых сплавов [sсж]= 30 ¸40 МПа.

Напряжениеразрыва в сечении х-х:

— максимальная угловая скорость холостого хода:

/> рад/с                      (6.6)

— масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х:

/> кг                   (6.7)

— максимальная разрывающая сила:

/>                      (6.8)

/> МН

Допустимыенапряжения на разрыв для поршня из алюминиевых сплавов [sр]= 4 ¸10 МПа.

— напряжение разрыва:

/> МПа                             (6.9)

Напряжениев верхней кольцевой перемычке:

— среза:

/>МПа            (6.10)

гдеD=93 мм – диаметрцилиндра;

 hп=4мм – толщина верхней кольцевой перемычки.

— изгиба:

/>МПа          (6.11)

— сложное:

/> МПа            (6.12)

допускаемые напряжения sS(МПа) в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурныхнагрузок находятся в пределах:

для поршней из алюминиевых сплавов…………….…30-40.

Удельноедавление поршня на стенку цилиндра:

/> МПа                             (6.13)

/> МПа                             (6.14)

гдеNmax=0.0025 МН – наибольшаянормальная сила, действующая на стенку

цилиндрапри работе двигателя на режиме максималь-

ноймощности.

Длясовременных автомобильных и тракторных двигателей q1= 0.3 ¸1.0 и q2= 0.2 ¸0.7 МПа.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндредостигается за счет установления оптимальных диаметральных зазоров  междуцилиндром и поршнем при различных тепловых нагрузках, возникающих в процессе работыдизеля. По статистическим данным для алюминиевых поршней с неразрезными юбками

∆r=(0.006 ¸ 0.008)D=0.007·93=0.651мм                      (6.15)

∆ю = ( 0.001 ¸ 0.002 )D=0.002·93=0.186 мм                 (6.16)

Диаметры головки и юбки поршня:

/>мм                             (6.17)

/>мм                           (6.18)

Диаметральные зазоры в горячемсостоянии:

/>                 (6.19)

/>мм

/>                   (6.20)

/>мм

где aц=11×10-61/К – коэффициент линейного расширения материала

цилиндра;

aп=22×10-61/К — коэффициент линейного расширения материала поршня;

Тц =383 К –температура стенок цилиндра;

Тr= 593 К – температура головки в рабочем состоянии;

Тю =413 К –температура юбки поршня в рабочем состоянии;

То =293 К – начальнаятемпература цилиндра и поршня.

6.2Расчет поршневого кольца

Поршневые кольца работают в условияхвысоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основныефункции:

– герметизации надпоршневогопространства в целях максимально возможного использования тепловой энергиитоплива;

– отвода избыточной доли теплоты отпоршня в стенки цилиндра;

– «управление маслом», т.е.рационального распределения масляного слоя по зеркалу цилиндра и ограниченияпопадания масла в камеру сгорания.

Материал кольца – серый чугун. Е=1.2·105МПа.

Среднее давление кольца на стенкуцилиндра:

/>                                (6.21)

/> МПа

где/>мм.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности при каплевиднойформе эпюры давления:

/>,[МПа]                                                   (6.22)

Результатырасчета р, а также μк для различных углов ψприведены ниже:

Угол ψ, определяющий положение текущего давления кольца, град

30 60 90 120 150 180

Коэффициент μк

1.05 1.05 1.14 0.90 0.45 0.67 2.85

Давление р в соответствующей точке, МПа

0.224 0.222 0.218 0.214 0.218 0.271 0.320

По этим данным построена каплевидная эпюра давлений кольца на стенкуцилиндра (рис. 5.2).

Напряжениеизгиба кольца в рабочем состоянии:

/> МПа           (6.23)

Напряжение изгиба при надевании кольцана поршень:

/>МПа              (6.24)

Монтажный зазор в замке поршневогокольца:

/>                   (6.25)

/>мм

где /> мм– минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;

 aк=11·10-6 1/К – коэффициент линейного расширения материала кольца;

 aц=11·10-6 1/К – коэффициент линейного расширения материала гильзы;

 Тк=493 К  – температуракольца в рабочем состоянии;

 Тц =383 К – температура стенокцилиндра;

 То= 293 К – начальнаятемпература.

 

6.3 Расчет поршневого пальца

Во время работы двигателя поршневойпалец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновениюнапряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации. В соответствии с указаннымиусловиями работы к материалам, применяемым для изготовления пальцев, предъявляютсятребования высокой прочности и вязкости. Этим требованиям удовлетворяютцементированные малоуглеродистые и легированные стали

Для расчета принимаем следующие данные:

наружный диаметр пальца dn=25мм,

внутренний диаметр пальца db=16мм,

длину пальца ln=80мм,

длину втулки шатуна lш=40мм,

расстояние между торцами бобышек b=44мм.

Материал поршневого пальца – сталь 15Х, Е=2·105МПа.

Палец плавающего типа.

Расчет поршневого пальца включаетопределение удельных давлений пальца на втулку верхней головки шатуна и набобышки, а также напряжений от изгиба, среза и овализации.

Максимальные напряжения возникают впальцах дизелей при работе на номинальном режиме.

Расчетная сила, действующая на поршневойпалец:

– газовая

/>МН              (6.26)

где рzmax=рz=6.356МПа – максимальное давление газов на номинальном

   режиме;

/> мм2– площадь поршня;

– инерционная

/>МН (6.27)

где />рад/с

– расчетная

/>МН                 (6.28)

где k=0.82 – коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

Удельное давление (МПа) пальца на втулкупоршневой головки шатуна

/>МПа                             (6.29)

где /> м– наружный диаметр пальца;

 /> м– длина опорной поверхности пальца в головки шатуна.

Удельное давление пальца на бобышки

/> МПа                  (6.30)

Напряжениеизгиба в среднем сечении пальца:

/>                                               (6.31)

/> МПа

где a=dв/dп=0.64– отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.

Дляавтомобильных и тракторных двигателей [ sиз]= 100 ¸250 МПа.

Касательные напряжения среза пальца всечениях между бобышками и головкой шатуна:

/>                                        (6.32)

/>Мпа

Для автомобильных и тракторных двигателей [t] = 60 ¸ 250 МПа.

Максимальная овализация пальца(наибольшее увеличение горизонтального диаметра ∆ dnmax,мм) наблюдается в его средней, наиболее напряженной части:

/>                            (6.33)

/>мм

где Е = 2·105 МПа –модуль упругости материала пальца.

Напряжениеовализации на внешней поверхности пальца:

— в горизонтальной плоскости (точки 1,ψ=0º):

/>            (6.34)

/> МПа

-в вертикальной плоскости (точки 3,ψ=90º):

/>        (6.35)

/>МПа

Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:

— в горизонтальной плоскости (точки 2,ψ=0º):

/>                      (6.36)

/>МПа;

-в вертикальной плоскости (точки 4,ψ=90º):

/>                  (6.37)

/> МПа.

7. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

 

Конструкторский раздел предназначен для рассмотрения основной задачиданной работы — усовершенствования системы охлаждения двигателя ЗМЗ 406применяемого на автомобилях ГАЗ 2705, 3221 «ГАЗЕЛЬ» и их модификациях. При этомизменения в двигателе принятые в  тепловом расчете, т.е. форсирование двигателядля повышения его тяговых и скоростных характеристик приняты как перспективныеи представляющие интерес с практической, а в данном случае еще и стеоретической  точки зрения. Принимая данные, полученные в тепловом расчете, иучитывая, что после форсирования двигателя увеличилась мощность нетто, аследовательно тепловой режим стал более напряженным был проведен расчет системыохлаждения.

 

7.1 Расчет жидкостной системы охлаждения

Модернизируя систему охлаждения двигателя внутреннего сгоранияпроведем предварительный её расчет согласно материалу, изложенному в      [4]. Однакоданный расчет является проверочным и ведётся в первом приближении с тем, чтобысохранить геометрические, тепловые и иные  параметры основных деталей системыохлаждения максимально унифицируя её с существующей конструкцией в случаедоработки. При расчете системы охлаждения двигателя исходной величиной являетсяколичество отводимого от него в единицу времени тепла Qω<sub/>(ккал/ч). Это количество может быть определено из уравнениятеплового баланса, или (ориентировочно) на основании экспериментальных данных.В данной работе используем второй вариант, на основании экспериментальныхданных, выбирая коэффициенты и эмпирические данные предполагая наиболее напряженныйтепловой режим работы.

В качестве циркулирующей охлаждающей жидкости принимаем этиленгликолевуюнезамерзающую смесь (антифриз).

 Таким образом, количество тепла отводимого от двигателя в единицувремени:

Qω=qωNeN=860∙85,0232∙1,36=99443,135 ккал/ч,                   (7.1)

где  qω=860 ккал/(л.с.∙ч)— количество отводимого от двигателятепла,

                    для карбюраторных ДВС  обычно qω=830…860 ккал/(л.с.∙ч);

        NeN=85,0232 кВт— наибольшая мощность двигателя.

Находим количество жидкости (кгс/ч), циркулирующей в системе охлажденияв единицу времени,

/> кгс/ч                (7.2)

где сω=0,5 ккал/(кгс∙°С)— теплоемкостьциркулирующей жидкости;

      />=5 °C— разность температур входящей врадиатор и

                                выходящей из него жидкости.

7.2 Расчет радиатора

 Величину поверхности охлаждения радиатора в первом приближении (м2)с достаточной точностью определим по простейшей формуле и сравним ссуществующей (FД=20 м2):

Fp=fpNNeN=0,17∙85,0232∙1,36=19,66 м2                                    (7.3)

гдеfpN=0,17 м2/л.с.— удельная поверхность охлаждениярадиатора, fpN=0,1…0,23 м2/л.с. для легковых автомобилей.

Как видно из расчетов Fp=19,66м2≈ FД=20м2, относительная разность 2%.

Емкость системы охлаждения оставим прежней, т.е. Vω=12 л.

Примерное количество проходящего через радиатор воздуха:

GL=205∙NeN=205∙85,0232∙1,36=22868 кгс/ч.                           (7.4)

 

7.3Водяной насос

 

 Расчетнаяпроизводительность водяного насоса:

Gв.н.=Gω/ηв.н.=/>/0,85=46796,7694 кгс/ч,                  (7.5)

гдеηв.н.=0,85— коэффициент, учитывающий возможность прорыважидкости между крыльчаткой и корпусом насоса.

Необходимаяна привод водяного насоса мощность:

/> кВт  (7.6)

гдеН=7 м вод. ст.— создаваемый насосом напор;

      ηh=0,65 —гидравлический КПД;

      ηмех=0,8 — механический КПД водяного насоса.

Учитывая,что параметры рассчитываемого и действительного радиаторов можно принять какравные и принимая существующую емкость системы охлаждения — размеры и формуводяного насоса не рассчитываем.

7.4Вентилятор

 

 Длявыбора из существующей номенклатуры приближенно определим производительностьвентилятора по формуле:

GL=LQQω=0,3∙99443,135=29832,9405кгс/ч,                                           (7.7)

гдеLQ=0,3 кгс/ккал —удельная производительность вентилятора.

7.5Описание предлагаемых конструктивных изменений

 

Далее будет предложен и рассмотрен вариант усовершенствования системыохлаждения рассматриваемого в данной работе двигателя ЗМЗ-406 автомобилей ГАЗ2705, 3221 «ГАЗЕЛЬ». Описание целей и элементов доработки системы охлаждениядвигателя ЗМЗ-406 по пунктам приведены ниже. Основные элементы системы и режимыработы приведены на рис. 20…24.

1. Вместо вентилятора и гидронасоса с механическим приводом отклиноременной передачи принимаются к установке  вентилятор и гидронасос сэлектроприводом и возможностью регулировки числа их оборотов в зависимости оттемпературы в системе охлаждения. Цель: возможность частичной регулировки скоростипотока воздуха, возможность регулировки скорости потока охлаждающей жидкости,увеличение мощности брутто двигателя за счет отсутствия затрат мощности напривод вентилятора и водяного насоса. Остальные достоинства таких системсмотреть выше в патентном обзоре.

2. Термостат заменяется термоэлектроклапаном с предохранительнойпружиной из никель — титанового или иного аналогичного сплава обладающего«памятью» (см. патентный обзор), которая срабатывает когда электроклапан, покаким либо причинам вышел из строя и настроена на срабатывание при наименьшей инаивысшей предельной температурах. Цель: предотвратить эффект «залипания»термостата. Т.к.  при поломке обычный термостат имеет свойство, оставаться вкаком либо постоянном (крайнем, либо промежуточном) положении (говорят«залипает»). Кроме того, термоэлектроклапан, вместо классического термостата,позволит более четко и скоординировано организовать работу всех механизмов иприборов системы охлаждения, как между собой, так и с остальными механизмамидвигателя посредством ЭБУ, либо бортовой ЭВМ. Магнитное поле создаваемое электроклапаномможно использовать для смягчения воды в случае возникновения ситуации, когда всистему охлаждения приходиться заливать жесткую воду.

3. В магистраль отопителя салона встраивается электромагнитный клапанвместо краника отопителя салона. Цель: более удобный способ включения,выключения отопителя (управление отопителем можно вынести на панель приборов), возможностьболее качественного автоматического управления прогревом двигателя и салона взимнее время.

Рис. 20 Циркуляция ОЖ ДВС – Радиатор – Отопитель при Nmax (зимний период)

1- ДВС; 2- датчик числа оборотов коленвала; 3- датчик скорости; 4- отопитель салона; 5- электромагнитный клапан системы отопления салона; 6- включатель – регулятор отопителя; 7- электронасос системы отопления (устанавливается только при наличии второго отопителя в автомобилях с двумя рядами пассажирских сидений и автобусах); 8- головка ДВС; 9- электронный блок управления (ЭБУ) или бортовая ЭВМ; 10- датчик температурного состояния ДВС; 11- датчик температуры охлаждающей жидкости; 12- электромагнитный клапан-термостат; 13- радиатор; 14- электровентилятор; 15- датчик температуры охлаждающей жидкости; 16- электропомпа

/>При работе двигателя 1 (Рис. 20) в ЭБУ 9(бортовая ЭВМ) подаются сигналы о его температурном состоянии, датчик 10, атакже о температуре охлаждающей жидкости (ОЖ), датчики 11, 15, скоростидвижения автомобиля, датчик 3 (или спидометр), частоте вращения коленвала,датчик 2, о состоянии отопителя сигнализирует включатель – регулятортемпературы в салоне 6. В зависимости от полученных внешних данных, послеобработки, из ЭБУ выходят сигналы управления на электровентилятор 14,электропомпу 16, электромагнитные клапаны 12 и 5, электронасос 7 системыотопления (устанавливается только при наличии второго отопителя 4 в фургонах сдвумя рядами пассажирских сидений и автобусах). В зависимости от полученных ЭБУ9 сигналов опишем основные режимы работы системы охлаждения, начиная от пускадвигателя до его работы при максимальных нагрузках.

1. ОЖ циркулирует по кругу ДВС 1 – Радиатор 13 – Отопитель (ли) 4Рис. 20, максимальная нагрузка, температура в системе охлаждения t°→max, т.е. ≈90°С., клапаны5, 12 открыты, помпа 16, вентилятор 14, насос 7 (при наличии) включены наполные обороты.

2. ОЖ не циркулирует по ДВС (Рис. 21), например пуск холодного двигателя зимой. Вентилятор 14 (см. Рис. 20), помпа 16, насос 7 — отключены, клапаны 5, 12 — закрыты.

/>Рис. 21 Работа ДВС без циркуляции ОЖ

3. ОЖ циркулирует по ДВС, t°ОЖ≈65…70 °С, рис.22. Вентилятор 14 (см. Рис. 20), насос 7 — отключены, клапаны 5, 12 — закрыты. помпа 16 включена.

/>Рис. 22 Циркуляция ОЖ по ДВС

4. Циркуляция ОЖ по магистрали ДВС — отопитель (прогрев автомобиля при пуске двигателя в зимний период) рис. 23. Вентилятор 14 (см. Рис. 20),— отключен, клапан 12 — закрыт. Помпа 16, насос 7 (при наличии) — включены. Клапан 5 — открыт.

/>Рис. 23 Циркуляция ОЖ по магистрали ДВС — отопитель

5. Циркуляция ОЖ по магистрали ДВС — радиатор t°≈85…90°С («летний режим») рис. 24. Вентилятор 14 (см. Рис. 20) включается автоматически по потребности, помпа 16—включена, клапан 12 — открыт. Насос 7 (при наличии) — отключён. Клапан 5 — закрыт.

/>Рис. 24

Электронасосы16, 7 и электровентилятор 14 (Рис. 20) имеют возможность изменять частотувращения. Функциональная схема регулирования частоты вращения вентилятора,насоса системы охлаждения и отопителя приведена на рис. 25. Температура ОЖвоспринимается терморезистором R1,имеющим отрицательный температурный коэффициент; терморезистор одновременноявляется одним из звеньев мостовой схемы, куда входят также резисторы R2, R3 и R4.

Вследствиеэтого напряжение на выходе моста обратно пропорционально температуре ОЖ. Впротивоположное плечо моста включен резистор R4, спомощью которого можно регулировать напряжение на выходе моста в некоторыхпределах.

/>

Рис.25

Частотавращения двигателей постоянного тока 3, 8, вращающих, соответственно, вентилятор2 и водяной насос 9, зависит от текущих значений температуры ОЖ.

Кэлектродвигателям прикладываются прямоугольные импульсы напряжения. Частота ихвращения зависит от силы тока поступающего в якорь. Среднее значение тока,поступающего в якорь, зависит от ширины прямоугольных импульсов и в конечномсчете от напряжения на выходе моста. ЭБУ 5 непрерывно сравнивает усиленноенапряжение моста с напряжением, вырабатываемым генератором пилообразногосигнала 6, и при их одинаковых значениях переключается, выдавая прямоугольныеимпульсы, приводящие в действие (посредством усилителя) двигатели постоянноготока.

При увеличениинапряжения, снимаемого с моста (снижение температуры ОЖ), ЭБУ подает сигналпозже, ширина вырабатываемого прямоугольного импульса уменьшается и приводнойдвигатель вращается медленней. При сильном нагреве ОЖ напряжение на выходемоста уменьшается, переключение происходит раньше и ширина импульса увеличивается.Это положение иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 26 для двухзначений температуры ОЖ.

Как видно изрис. 26, регулятор частоты вращения не работает, если напряжение мостапревышает максимальное напряжение, вырабатываемое генератором пилообразногосигнала.

Это означает,что при низкой температуре ОЖ вентилятор не вращается, вследствие чего ДВСсравнительно быстро прогревается до нужной температуры.

Диод 12, рис.25, предназначен для уменьшения влияния ЭДС самоиндукции на контакты датчикатемпературы (R1), т.к. вмомент разрыва контактов исчезающее электромагнитное поле не только создаетвысокое напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания, необходимое длясвечи, но и немалое, до 400 В, напряжение противоиндукции в первичной обмотке.Вот оно-то и «прожигает» контакты датчика R1.

/>

Рис.26

/>8.ОХРАНА ТРУДА

Охранатруда в Украине регламентируется законом «Об охране труда», принятым в 1933году.

СогласноГОСТ 12.0.002–80. «Система стандартов безопасности труда.  Термины иопределения». Охрана труда — это система законодательных актов,социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактическихмероприятий и средств, обеспечивающих  безопасность, сохранения здоровья иработоспособности человека в процессе труда.

Техникабезопасности — это система организационных мероприятий и  технических средств,предотвращающих или уменьшающих воздействие на  работающих опасныхпроизводственных факторов.

        Опасный производственный фактор — это производственный фактор, воздействиекоторого на работающего в определенных условиях приводит к травме или внезапномурезкому ухудшению здоровья.

Вредныйпроизводственный фактор — это производственный фактор, воздействие которого наработающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижениюработоспособности.

Всоответствии с ГОСТ 12.0.003–74. опасные и вредные производственные факторы поприроде их воздействия на организм человека подразделяют на четыре группы:

1)физические — движущиеся детали, элементы механизмов и машины в целом; недопустимаятемпература поверхностей машин и оборудования и воздуха в рабочей зоне;недопустимый уровень вибрации, производственных излучений (ионизирующих, лазерных,инфракрасных, ультрафиолетовых), электромагнитных полей; метеорологическихколебаний в рабочей зоне; недостаточная или повышенная освещенность рабочей зоны;

2)химические — токсические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные,мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию;

3)биологические — микро- и макроорганизмы;

4)психофизиологические — физические нагрузки (статические, динамические, гиподинамия);нервно-психические перегрузки (умственные, эмоциональные, монотонность труда,перенапряжение анализаторов). 

8.1 Меры безопасности при эксплуатацииавтомобиля.

8.1.1 Подготовка автомобиля к выезду налинию.

Автомобиль(автопоезд) перед выпуском на линию проходит проверку тех­нического состоянии.Лицо, ответственное за выпуск автомобилей, после  про­верки их техническогосостояния делает отметку в путевом листе о готовности автомобиля к работе.Категорически запрещается выпуск на линию автомо­билей с неисправностями, угрожающимибезопасности движения и сохранно­сти пассажиров и груза, а также грязного, безномеров и без опознавательных знаков автопоезда.

Водительперед выездом на пинию должен иметь при себе: удостоверение на право управленияавтомобилем, выданное Государственной автомобильной инспекцией, талонтехнического паспорта, путевой или маршрутный лист. Перед выездом на линию, водительпроверяет техническую  исправность автомобиля: отсутствие подтекания топлива,масла, воды, а у  газобаллонных автомобилей герметичность газовой аппаратуры имагистралей; при этом особое внимание oнобращает на органы управления и механизмы, обеспечивающие безопасность движения— тормоза, рулевое управление, шины, фары, задний фонарь, стоп-сигнал, указателиповоротов, звуковой сигнал, крепление карданного вала. Кроме того, передвыездом водитель проверяет: давление воздуха в шинах и соответствие его нормам;наличие инструментов и инвентаря; заправку авто­мобиля топливом, маслом, водойи тормозной жидкостью; уровень электролита в аккумуляторной батарее.

 Вслучае перевозки опасных грузов администрация грузоотправитель обя­зана доперевозки этих грузов каждый раз инструктировать водителя, экспе­дитора,грузчиков и других лиц, сопровождающих груз, и проверять наличие защитныхсредств и средств тушения пожара.

Донаправления водителя пассажирского транспорта на новый маршрут с ним проводитсяинструктаж о характере маршрута, и он должен  быть на­правлен и специальныйрейс для ознакомления с маршрутом.

 Довыезда в рейс водителю предоставляется отдых, предусмотренный законо­дательством.Водителю запрещается выезжать в рейс в болезненном состоянии или при такойстепени утомления, которая может повлиять на  безопасность движения. 

8.1.2 Работа  автомобиля  на  линии.

Приработе на линии водителю категорически запрещается управлять автомобилем всостоянии даже самого легкого алкогольного опьянения или под воздействиемнаркотических средств; передавать управление автомобилем лицам, находящимся внетрезвом состоянии, либо не указанным в путевом листе, или не имеющим при себеудостоверения на право управления автомобилем; самовольно отклоняться отмаршрута, указанного в путевом листе, если это не вызывается ухудшением дорожных или климатических условий.

Вовремя работы водитель обязан выполнять правила безопасности дви­жения, указаниярегулировщиков уличного движения; поддерживать скорость в соответствии с требованиямиПравил дорожного движения с учетом состоя­ния дороги, но не выше максимальнойскорости, установленной технической характеристикой для данной модели автомобиля;наблюдать за показаниями контрольных приборов автомобиля, и правильностьюработы всех механизмов.

Особыеправила водитель должен соблюдать при перевозке людей. Перевозка пассажиров нагрузовых автомобилях может осуществляться только при соблюдении следующихтребований: в кузове автомобиля должен находиться старший, отвечающий за поведениепассажиров, и фамилия его записывается, в путевом листе; скорость движения автомобиляне должна превышать 60 км/ч. Регулярная перевозка людей на грузовом бортовомавтомобиле, кузов которого не оборудован тентом, не разрешается. Перевозка детейна грузовых автомобилях может быть допущена как исключение, но с детьми вкузове должны находиться не менее двух взрослых. На грузовых автомобилях, неприспособленных для перевозки пассажиров, разрешается проезд лицамсопровождающим или получающим грузы, но не более шести человек, фамилии ихуказываются в путевом листе. Однако такой проезд запрещается на платформах безбортов, на грузе, размещенном на уровне или выше бортов кузова, на длинномерномгрузе и рядом с ним, на цистернах, грузовых прице­пах или полуприцепах всехтипов.

Вкабине, кузове и салоне автомобиля не разрешается нахождение боль­шего числалюдей, чем это указано в паспорте завода-изготовителя.

Категорическизапрещается перевозка людей в кузове автомобиля-самосвала даже на самоекороткое расстояние. Лица, сопровождающие эти автомобили, должны находитьсятолько в кабине водителя.

Вкузове автомобиля не разрешается перевозить лиц, не имеющих отно­шения к выполняемойработе. В путевом листе должны быть записаны фамилии и должности людей,направляемых с автомобилем на линию.       

Лица,находящиеся на автомобиле, должны выполнять все требования водителя  пособлюдению правил техники безопасности.

Движениеавтомобиля при нахождении людей на подножках, крыльях, буферах, бортахзапрещается.  

Еливо время работы на линии водитель или лица, сопровождающие автомобиль,находятся в условиях, опасных для жизни и здоровья (например, отсутствиемеханизации при погрузке тяжеловесных грузов, несоответствие автомобиляперевозимому грузу, невозможность оставления безопасных мест для грузчиков припогрузке, несоответствие погрузочно-разгрузочных площа­док и подъездных путейустановленным правилам и т, п.), водитель обязан немедленно остановить работу исообщить в свое автотранспортное предприя­тие, а также сделать отметку о своемзаявлении в путевом листе. Если со­общить в свое автотранспортное предприятие непредставляется возможным, то водитель обязан поставить в известностьадминистрацию того предприятия, в распоряжении которого находится автомобиль, иможет продолжать работу только после устранения опасности. Из кабины автомобиляна проезжую часть дороги водитель может выходить, только предварительноубедившись в отсутст­вии движения во встречном и в попутном направлениях.

Есливо время работы на линии в автомобиле обнаружится неисправности, угрожающаябезопасности движения и сохранности людей, автомобиля и груза, водитель обязанпринять необходимые меры к устранению неисправности, а если это невозможно,должен следовать на ближайшую ремонтную базу или возвратиться в гараж с соблюдениемнеобходимых мер предосторожности.

8.2 Требования  к  рабочему  месту  водителя.

 

Работапо управлению автомобилем может быть отнесена к разряду,  наи­более напряженныхи утомительных форм трудовой деятельности. Эта работа протекает в условияхпостоянного и значительного нервноэмоционального напряжения, углубляемогосознанием огромной ответственности за жизнь лю­дей и материальные ценности. Быстротареакции и точность рабочих движений водителя современного автомобилля являютсяважнейшими  факторами обеспе­чения безопасности движения. Эти качества вбольшой  степени зависят от удобства рабочего места водителя, которое должносоздавать благоприятные<sup/>условия труда и исключать возможностьвозникновения аварий, вызываемых перенапряжением при работе водителя.

Большоевлияние на работу водителя оказывает правильная его посадка, котораяопределяется как «спокойное положение в состоянии готовности». Плоскостьсиденья должна быть не горизонтальной, а слегка наклоненнойназад(3–7° к горизонтальной плоскости). Спинка сиденья не должна быть фиксирована,сиденье должно регулироваться по высоте и в горизонтальном направлении. Обивкасиденья должна быть достаточно жесткой и шерохо­ватой.

Рычагиуправления автомобилем, перемещающиеся в горизонтальной пло­скости к водителю иот него, должны быть рационально расположены на 230 мм выше сиденья, причем они должны быть удалены от спинки сиденья в первом случае на 560 мм, а во втором – на 600 мм. Сила сопротивления рычага должна составлять около 10 кгс, т. е. 20–25%максимальной (45 кгс). Оптимальный ход педалей при нажатии передней части пяткии середины стопы 100–150 мм. При компоновке рычагов управления должно быть соблюденоусловие, чтобы основные рычаги располагались перед водителем с справа, авспомогательные – с левой стороны. Всю компоновку рабочего места водителявыполняют так, чтобы водитель не находился длительное время в вынужден­ной неудобнойпозе.

 Конструкцияи внутренние размеры кабины должны обеспечивать водите­лю свободный вход взимней одежде, нестесненное положение на сиденье, удобное действие рычагами ипедалями.    

Срабочего места водителя должна быть обеспечена максимальная обзорность. Подобзорностью автомобиля подразумевается одно из его конструк­тивных свойств,определяющее объективную возможность для водителя видеть рабочую зону, путьдвижения и объекты, которые могут помешать безопасно­му его движению.Обзорность рабочей зоны характеризуется величиной хоро­шо видимого водителемпространства в вертикальной и горизонтальной плос­костях. Водителю должны бытьсозданы такие условия, при которых он мог бы наблюдать путь движения и объекты,не совершая при этом излишне сложных движений. В противном случае работаводителя сопровождается до­полнительным мышечным и нервным  напряжением, вызывающимповышенную утомляемость.

 Дляобеспечения здоровых условий труда водителя большое значение имеет состояниевоздушной среды в кабине автомобиля (микроклимат). Мик­роклимат — это физическоесостояние воздушной среды в ограниченном про­странстве, характеризуемое атмосфернымдавлением, температурой,  влаж­ностью и скоростью движения воздуха. Температуравоздуха в кабине водите­ля определяется температурой наружного воздуха и тепловыделениямидвигателя, если он расположен в передней части автомобиля. Температура, должнабыть в пределах от +15 до +17°С.

Соотношениетемпературы, влажности и скорости движения воздуха в кабине автомобиля могутсоздавать различные зоны удобства работы води­теля. Так, зона полного удобствапри температуре воздуха 19–22°С и при влажности воздуха 50% достигается прискорости движения воздуха 0,15 м/с.

Скоростьвоздуха в кабине в теплое время года допускается от 1 до 2 м/с, а в холодноевремя — не свыше 0,5 м/с. Поступающий в кабину воздух должен быть очищен отпыли.

Теплоизоляцияи отопление кабины в соответствии со СНиП II-Г.7–62 должны обеспечивать при работе в холодное время года температуру в каби­неот +14 до +16°С.

Вентиляционнаясистема кабины должна обеспечить воздухообмен в холодное время года не менее 40м3/ч.

Воздухообменпри температуре наружного воздуха до 28°С должен обеспе­чить температурувоздуха в кабине не выше чем на 2–3°С по сравнению с тем­пературой наружноговоздуха.

Концентрациявреднодействующих веществ, содержащихся в отработавших газах, в зоне дыхания недолжна превышать предельно допустимого уровня: окиси углерода – 20 мг/м3,акролеина – 0,7, тетра-этилсвинца – 0,05, углеводородов (в пересчете на углерод)– 300 мг/м3.

Предельнодопустимый уровень шума в кабине автомобиля и вибрация на рабочем местеводителя не должны превышать значений действующих сани­тарных норм и правил(СН245–71). С целью снижения шума в кабине авто­мобиля тщательно подгоняют соприкасающиесячасти кабины, обивают кабину звукопоглощающим материалом.

Сиденьеводителя является хорошим амортизатором вибраций, но ради­кальными мерамиснижения отрицательного воздействия на водителя вибрации является устранениеколебаний деталей кузова при длительной  эксплуатации автомобиля и устранениевозможности вибраций основных узлов автомобиля при его конструировании.

Кабинытранспортных средств, предназначенных для работы в юж­ных районах, должны бытьокрашены светлыми красками. Световые проемы кабин изготовляют из небьющегося ибезосколочного, но прозрачного материала.

Втранспортных средствах, предназначенных для эксплуатации в условиях Cевера,стекла кабин необходимо обдувать теплым воздухом или делать двой­ное остеклениеи между стеклами помещать влагопоглотитель (силикагель). Внутри кабиныустраивают отопитель кабины типа 0-30, работающий незави­симо от двигателя.  

8.3 Виброизоляция  сиденья  самоходной машины.

Пассивнаявиброизоляция (виброзащита) – это виброизоляция, не использующая энергиюдополнительного источника.

Сиденьяв самоходных строительно-дорожных машинах, грузовых  автомобилях и тракторахдолжны обеспечивать санитарно-гигиенические условия для длительной работыводителей. Сиденье должно смягчать толчки и удары и часть вибраций, превышающуюгигиенические характеристики и нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012-78*.

Учитывая,что утомляемость оператора во многом зависит от положения его во время работы,исследованиями установлено, что сидение должно быть регулируемым, мягким иподрессоренным. Горизонтальное, продольное перемещение должно быть не менее 150 мм, вертикальное не менее 80 мм, вертикальное перемещение спинки не менее 60 мм, а угол ее наклона не менее 10˚.   

Типоваясхема подрессоривания сиденья водителя (рис.4) состоит из следующих элементов:направляющего механизма 1, состоящего из параллелограмных рычагов иобеспечивающих стабильность вертикального положения корпуса водителя при колебаниимашины. Направляющий механизм, соединяющий посадочное место  водителя с рамойходовой части машины, выполняет роль кинематической и силовой связи; пружины 3,снижающей амплитуду колебаний сиденья от колебаний машины при передвижении по неровностямдороги; регулировочного винта 4 для изменения жесткости пружины в зависимостиот массы тела водителя; гидроамортизатора 2, поглощающего колебания сиденья припередвижении машины по неровностям дороги.

Схема гидроамортизатора показана нарис.27. При переезде препятствий на неровностях пути  возникают резкиеколебания рамы ходовой части, в  результате чего сопротивлениегидроамортизатора  возрастает. Это сопротивление вызвано тем, что  жидкость внем не успевает проходить через отверстия 1 в поршне 2. В результате возникающего гидравлического торможения колебания сиденья  гасятся.

/>

                                   Рис.27Схема гидроамортизатора.

                                                                                                                                                                                                   

         

8.4 Устойчивость легкового автомобиля.

 

Исходные  данные  для  расчета:

Легковой  автомобиль  ЗАЗ – 1102: Ga=5770Н;  a= 1390мм;  b=930 мм; hG=464мм;  L=2320 мм.   

     

8.4.1 Расчет  на  продольную устойчивость.

Продольная устойчивость  автомобиля  без  прицепа  обеспечивается  тогда, когда  подъем или  уклон  его  (рис.1)  не  превышает  предельного  угла  α,  при которых  заторможенный  автомобиль  не  опрокинется. При  подъеме  он  может опрокинуться  вокруг  точки  0. В  этом  случае  возникает  опрокидывающий момент  силы  тяжести М=Gsinαnb. Машина  будет  находиться  в  состоянии  устойчивости  в  том  случае, пока удерживающий  момент  силы  тяжести   М=Gcosαnbбудет больше  опрокидывающего  момента,  т.е.

                       GsinαnhG≤Gacosαnb,       

 

где Ga  – вес  машины с  грузом, Н;

      hG– высота  центра тяжести, м;

      a,b– соответственно расстояние от передней и задней оси до вертикали, проходящейчерез центр тяжести, м;

     αn– угол  подъема,град.

На подъеме  автомашина  будет  находиться  в  состоянии   устойчивости, если  соблюдается условие:

tgαn = b/hG = 930/464=4,766; αn =63º30′.

На уклоне, аналогично  предыдущей  зависимости,  имеем:

tgαn = b/hG =1390 /464 =2,9957; αn =71º35′.

Расчетныеуглы, обеспечивающие устойчивость, будут значительно мень­шими, если при спускеавтомобиля во­дитель резко тормозит, а при подъеме делает резкий рывок с места.

Вдействительности автомобили крайне редко опрокидываются; чаще у них буксуютведущие колеса, в результате чего машины сползают. В этом случае предельныйугол автомобиля, при котором исключается буксование колес:

/>

αбук=31º40′

где φx– коэффициент сцепления  шин  автомобиля;

       L – база  автомобиля;

8.4.2 Расчет  на  поперечную  устойчивость.

 

Частонарушение устойчивости проявляется в боковом скольжении колес или опрокидыванийавтомобиля в плоскости, перпендикулярной продольной оси. Возмущающими силамимогут быть: составляющая силы инерции, поперечная составляющая силы тяжести Gasinβ,возникающая в результате поперечного наклона дороги на угол β, аэродинамическаясила.

 Поперечнаяустойчивость автомобиля характеризуется предель­ным углом (рис. 2) придвижении  машины поперек уклона:

/>

Во избежание  аварий  при  движении  автомобилей  по  кривой  необходимо  выдерживать следующие  радиусы  поворота:

1)по  условию, при  которых  возникает  боковое  скольжение  колес:

/>

где Rmin<sub/>–минимальный  радиус поворота по кривой, м;

Va– скорость  движения автомобиля,  км/ч;

g– ускорение  силы  тяжести,  м/с2; 

β–угол  бокового  наклона  дороги, град.

Если движение  происходит  на  горизонтальной  дороге,  то β=0,  тогда  минимальный радиус  поворота  находится:

/>

2).по  условию, при  которых  происходит  боковое  опрокидывание:

/>

На горизонтальной  дороге  при  β=0:

/>

Еслирассматривать круговое движение на горизонтальной дороге и учитывать смещениецентра масс только в результате крена подрессоренной массы, не учитывая поперечногонаклона за счет радиальных деформаций шин, то смещение центра масс автомобиля,вызванное креном подрессоренной массы, несколько отличается от смещения центраподрессоренной массы. Согласно нормативным требованиям, ψкр max<6º.C учетом крена подрессоренной массыполучим:

8.5 Противопожарная  безопасность.

 

Пожарыи взрывы причиняют значительный материальный ущерб и в ряде случаев вызываюттяжелые травмы и гибель людей. Поэтому защита зданий, сооружений и другихматериальных ценностей от пожаров является обязанностью всех граждан и проводитсяв общегосударственном масштабе. Мероприятия по предупреждению возникновения иограничению размеров пожаров, называемые пожарной профилактикой, являютсясоставной частью мероприятий по охране труда, так как их главная цель –предупреждение несчастных случаев с людьми.

Пожарнаябезопасность (согласно ГОСТ 12.1.004–76 «Пожарная безопасность») – это такоесостояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случаевозникновения предотвращается его опасное воздействие на людей и обеспечиваетсязащита материальных ценностей.

Пожарнаябезопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и пожарной защитой.Под системой предотвращения пожара имеется в виду комплекс организационныхмероприятий и технических средств, направленных на исключение возможностивозникновения пожара. Под системой пожарной защиты понимают комплекс организационныхмероприятий и технических средств, направленных на предотвращение воздействияна людей опасных факторов пожара и ограничение материального ущерба от него.

Пожарнаязащита обеспечивается: ограниченным применением горючих и трудногорючих веществи материалов; предотвращением распространения пожара с использованием средствего тушения, строительных конструкций с необходимыми пределами огнестойкости игорючести; эвакуацией людей; системой противодымной защиты; средствами пожарнойсигнализацией или извещением о пожаре, а также организацией пожарной охраны объекта.

Приэксплуатации строительных машин пожары в большинстве случаев возникают последующим причинам: у строительных машин с электроприводом – из-за перегрузкиэлектродвигателей, электрооборудования, электропроводов и электросетей, врезультате чего они нагреваются свыше допустимых норм или искрят; у машин сдвигателями внутреннего сгорания – из-за воспламенения оставшейся внутридвигателя горючей смеси; неправильного расположения баков с горюче-смазочнымиматериалами, масло- и топливопроводов по отношению к трубопроводу выхлопныхгазов и глушителю; применение открытого огня для запуска двигателей при низкихтемпературах; самовоспламенение разлитых масел и горючего под картером двигателя;отсутствие искрогасителей на выпускных трубах; курение при заправке машин топливом.

Длябыстрого прекращения горения при пожарах необходимо выполнять два основныхусловия: прекратить доступ воздуха (кислорода) в зону горения, так как горениевозможно при содержании кислорода в воздухе не менее 14% (всего в воздухесодержится до 21% кислорода); охладить зону горения ниже температурысамовоспламенения, тогда процесс горения прекращается даже при наличиидостаточного доступа воздуха.

Вещества,введенные в зону горения и нарушающие процесс горения, называют огнетушащими. Кним относятся  вода, водяной пар, химические средства тушения, песок.Воздействие этих  веществ на процесс горения зависит от физико-химическихсвойств и способов применения.   

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.        Расчетавтомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов./А.И. Колчин,В.П. Демидов – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 496 с.: ил.

2.        Двигателивнутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебникдля втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ Д.Н.Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г.Круглова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 372 с., ил.

3.        Автомобильныедвигатели/Под ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. 951 с.

4.        Автомобильныеи тракторные двигатели. Под ред. И.М. Ленина. Учебник для втузов. Изд. 2-е,доп. и перераб. М., «Высш. школа», 1976.

5.Положение о техническом обслуживании и текущем ремонте подвижного составаавтомобильного транспорта /министерство автомобильного транспорта РСФСР/-М.:транспорт 1988.-78 с.

6.Положення про технічне обслуговування і ремонт дорожніх транспортних засобівавтомобільного транспорту / Міністерство транспорту України / — К.: МінтрансУкраїни, 1998 – 16 с.

7.Данов Б.А., Титов Е.И. Электронное  оборудование  иностранных  автомобилей.Системы  управления  трансмиссией, подвеской  и  тормозной  системой. М.:Транспорт, 1998. 78 с.

8.Данов Б.А., Титов Е.И. Электронное  оборудование  иностранных  автомобилей.Системы  управления  оборудованием  салона. М.: Транспорт, 1998. 60 с.

9.Данов Б.А., Титов Е.И. Электронное  оборудование  иностранных  автомобилей.Системы  управления  двигателем. М.: Транспорт, 1998. 76 с.

10.Канарчук В.Е. та ін. Основи технічного обслуговування і ремонту автомобілів.УЗ км. /Підручник/. – К.: Вища школа, 1994с.

11.Краткий автомобильный справочник. 8-е издание-М.: Транспорт, 1978. ЛанцбергИ.Д., Соколин Л.З., Каманин В.Н. Ремонт электрооборудования  автомобилей. М.:Транспорт, 1981. 317 с.

12.Соснин Д.А.  Автотроника – электрооборудование  и  системы  бортовой  автоматики современных  легковых  автомобилей.-М.: Солон, 2001.-239с.

13.Сергеев А.Г., Ютт В.Е. Диагностирование  электрооборудования  автомобилей.    М.: Транспорт, 1987. 159 с.

14.Технологическое оборудование для технического обслуживания и ремонта легковыхавтомобилей: /Справочник/ .- М.: Транспорт, 1988.-176с.

15.Тимофеев Ю.Л., Ильин Н.М. Электрооборудование  автомобилей: Устранение  и предупреждение  неисправностей. М.: Транспорт, 1987. 255 с.

16.Харазов А.М. Диагностическое  обеспечение  технического  обслуживания  и ремонта  автомобилей. М.: Высшая  школа. 1990. 213 с.

17.    Электрооборудование  автомобилей. Под  редакцией  проф. Чижкова Ю.П. М.:  Транспорт, 1993. 224 с.