Разработка двигателя внутреннего сгорания

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Транспорт, грузоперевозки
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    2,28 Mb
  • Опубликовано:
    2011-06-27
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Разработка двигателя внутреннего сгорания

РЕФЕРАТ

стр.; рис.; табл.; источников; приложение

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ПУСКОВЫЕ КАЧЕСТВА, УСТРОЙСТВА ОБЛЕГЧЕНИЯ ПУСКА, ПУСКОВОЙ НАДДУВ, ТЕХНОЛОГИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ.

Объектом модернизации является дизельный четырехтактный двигатель ЯМЗ-534.

Цель работы - разработать новый способ облегчения пуска применительно к двигателю ЯМЗ-534.

В дипломе были рассмотрены устройства облегчения пуска двигателей. Произведены расчеты по температурам конца сжатия при различных начальных условиях. Рассмотрен новый способ облегчения пуска двигателя.

В технологической части производится расчет припусков на механическую обработку зубчатого обода маховика, режимы основного времени резания, разработан маршрут обработки.

В экономической части рассмотрена эффективность пускового наддува. Экономический эффект составил 19601,7 руб/год.

В разделе «Охрана труда» описаны условия и требования к испытаниям в камере холода, а также произведен расчет общего искусственного освещения климатической камеры.

ВВЕДЕНИЕ

Производство двигателей внутреннего сгорания (ДВС) продолжает увеличиваться, так как этот источник энергии обладает высокой топливной экономичностью, достаточно небольшой металлоемкостью, длительным сроком службы, автономностью, простотой, удобством и безопасностью использования.

Применение ДВС во всех сферах народного хозяйства и постоянное увеличение их количества остро ставит вопрос повышения качества двигателей, которое определяется соответствием их требованиям действующего законодательства, а также техническим уровнем, определяющим конкурентоспособность.

Транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания и дизель-генераторные установки работают в различных климатических поясах: от крайнего севера до экватора, что требует от энергетических установок множества качеств, обеспечивающих их надежную работу в широком диапазоне температур.

При понижении температуры пуск двигателей затрудняется, время подготовки двигателя к принятию нагрузки возрастает. Причины этого очевидны: уменьшается частота провертывания коленчатого вала двигателя (возрастает момент сопротивления двигателя, снижается емкость аккумуляторных батарей), снижается давление и температура воздуха в конце такта сжатия. Все это приводит к тому, что при некоторой критической температуре пуск двигателя становится невозможным.

В настоящее время проведено множество исследовательских и конструкторских работ, направленных на улучшение пусковых качеств дизелей. Успехи, достигнутые в результате их несомненны.

Уменьшено минимальное пусковое число оборотов большинства серийно выпускаемых двигателей, созданы и выпускаются специальные средства облегчения пуска, приспособления для впрыска легковоспламеняющихся жидкостей и так далее.

В данном дипломном проекте рассматривается новое устройство облегчения пуска применительно к двигателю ЯМЗ-534.

1        ПУСКОВЫЕ КАЧЕСТВА ДВИГАТЕЛЕЙ


Рисунок 1.4.1 - Способы пуска двигателей

1.1     Особенности электростартерного пуска


Пусковые качества двигателей на автомобилях оценивают по минимальной температуре надежного пуска и времени подготовки двигателя к принятию нагрузки. Минимальная температура - это наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой возможен надежный пуск двигателя. При этом температура узлов и деталей двигателя, охлаждающей жидкости и моторного масла не должна отличаться от температуры окружающего воздуха более чем на 1оС. Допускается отклонение температуры электролита аккумуляторной батареи на 2оС.

Под надежным электростартерным пуском понимается пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе и при использовании заряженных на 75% штатных аккумуляторных батарей не более чем за три попытки пуска. Продолжительность каждой попытки не должна превышать 10 с для карбюраторных двигателей и 15 с для дизельных. Интервалы между попытками устанавливаются равными 1-1.5 мин. Продолжительность пуска тракторных дизелей не должна превышать 5 мин при использовании пусковых карбюраторных двигателей.

Время подготовки двигателя к принятию нагрузки включает время, затрачиваемое на приведение в действие и работу устройства для облегчения пуска холодного двигателя или системы предпускового подогрева, и время, затрачиваемое на пуск двигателя и его работу на холостом ходу до момента принятия нагрузки. Время подготовки двигателя к работе под нагрузкой может меняться в широких пределах в зависимости от условий пуска, пусковых качеств двигателя, типа, конструкции и характеристик основного и вспомогательных пусковых устройств.

Время подготовки двигателя к принятию нагрузки с понижением температуры возрастает вследствие большей продолжительности послепускового прогрева.

Благодаря использованию высокоэффективных средств облегчения пуска и маловязких загущенных масел пусковые системы обеспечивают пуск автомобильных и тракторных двигателей без предварительного подогрева при температурах от -20 до -30 oC. Пуск холодных двигателей получает все большее распространение. Многими экспериментальными исследованиями доказана малая степень возможного при таком способе пуска изнашивания деталей двигателя.

Пуск начинается с момента включения электростартера и продолжается до момента перехода двигателя на устойчивый режим работы. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, при которой создаются благоприятные условия для протекания рабочих процессов в двигателе. Минимальная пусковая частота nmin - наименьшая при заданных условиях частота вращения коленчатого вала, достаточная для обеспечения пуска двигателя за две попытки пуска продолжительностью 10 с для карбюраторных и 15 с для дизельных двигателей. От минимальной пусковой частоты и соответствующего ей среднего момента сопротивления вращению коленчатого вала Мср зависит требуемая мощность системы пуска.

Момент сопротивления Мс вращению коленчатого вала периодически изменяется по времени t и углу поворота j коленчатого вала вследствие чередования тактов сжатия и расширения. Кроме того, применяемые в автомобилях электростартеры постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением имеют механические характеристики, отличающиеся значительным изменением частоты вращения с изменением вращающего момента М. Поэтому для электростартерного пуска характерна высокая неравномерность вращения коленчатого вала даже при установившемся вращении его с постоянной средней частотой nср. коэффициент неравномерности вращения, определяемый как отношение разности максимальной и минимальной частот вращения к средней частоте в течение периода изменения частоты, у автотракторных двигателей в диапазоне пусковых частот 50-250 об/мин находится в пределах 0.1-2. У карбюраторных двигателей по сравнению с дизельными степень сжатия и неравномерность вращения коленчатого вала меньше. Неравномерность вращения зависит также от числа цилиндров двигателя.

1.2     Стадии электростартерного пуска


Рисунок 1.2.1 - Изменение вращающего момента М электростартера и частоты вращения n коленчатого вала при пуске шестицилиндрового дизеля

Выделяют четыре стадии электростартерного пуска поршневого двигателя. На первой стадии частота вращения коленчатого вала увеличивается до средней частоты вращения в установившемся режиме. После подключения электростартера к источнику питания его якорь и коленчатый вал двигателя остаются неподвижными, пока вращающий момент электродвигателя не превысит момент трогания системы стартер-двигатель. Когда вращающий момент электродвигателя превышает момент сопротивления вращению коленчатого вала двигателя, частота вращения якоря электростартера и индуктируемая в его обмотке электродвижущая сила (ЭДС) возрастают. При этом сила тока в якоре и вращающий момент достигают максимальных значений, затем уменьшаются до значений, соответствующих установившемуся режиму (2-ая стадия пуска). Продолжительность 1-й стадии пуска зависит от вязкости моторного масла, мощности электростартера, момента инерции системы стартер-двигатель и обычно не превышает долей секунды.

Отличительной чертой 2-й стадии пуска является равенство средних значений вращающего момента (Мср) электродвигателя и момента сопротивления при постоянной средней частоте вращения коленчатого вала nср. возможное увеличение средней частоты на 2-й стадии связано с интенсивным снижением вязкости масла в узлах трения вследствие его нагрева теплотой, выделяемой при трении и сжатии воздуха или топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя. Разряд аккумуляторной батареи на электростартер и увеличение ее внутреннего сопротивления способствует снижению средней частоты вращения коленчатого вала.

Воспламенение топлива в цилиндрах при низкотемпературном пуске двигателя начинается на второй стадии. Возможность и продолжительность пуска зависят от средней частоты вращения коленчатого вала именно на этой стадии. При низких температурах требуется несколько раз провернуть коленчатый вал для создания условий, обеспечивающих воспламенение и горение топливовоздушной смеси. С повышением температуры окружающей среды частота вращения коленчатого вала возрастает, необходимые для воспламенения смеси условия создаются раньше и продолжительность 2-й стадии сокращается. При достаточно высоких температурах воспламенение смеси может произойти уже на 1-й стадии пуска.

Процесс пуска переходит в 3-ю стадию, когда двигатель начинает развивать мощность за счет теплоты сгорания топлива. Если топливо воспламеняется и сгорает во всех цилиндрах, то 3-я стадия характеризуется непрерывным нарастанием частоты вращения коленчатого вала благодаря совместному действию вращающих моментов электростартера и двигателя. Продолжительность 3-й стадии зависит от числа цилиндров, количества и равномерности чередования пропусков сгорания, равномерности распределения смеси по цилиндрам карбюраторного двигателя, момента инерции системы стартер-двигатель, начальной вязкости масла и интенсивности ее снижения в процессе пуска.

В 4-й стадии двигатель работает самостоятельно, но ее целесообразно относить к процессу пуска. Если мощность двигателя, развиваемая на этой стадии, окажется недостаточной для преодоления возрастающего с увеличением частоты вращения момента трения, двигатель остановится и для пуска потребуется включение стартера.

1.3     Факторы влияющие на пуск

 

1.3.1  Пусковые свойства моторных масел

Пусковые свойства моторного масла хорошо характеризуются изменением его вязкости при низких температурах. Моторные масла должны обладать необходимыми вязкостными свойствами в широком диапазоне температур. С понижением температуры усиливается взаимодействие между молекулами масла, т.е. возрастает вязкость. Вязкостно-температурная характеристика в этом случае будет круче. Степень возрастания вязкости с понижением температуры зависит от химического состава масла и содержания в нем вязкостной присадки.

Вязкостно-температурные свойства моторных масел оценивают по значениям вязкости при двух-трех температурах (обычно 0; 50; и 100оС), отношению вязкости при температурах 50 и 100оС (или по индексу вязкости).

С понижением температуры окружающего воздуха резко возрастает вязкость моторного масла. От вязкости масла зависят его скорость протекания по смазочной системе, вид трения в узлах двигателя и условия работы трущихся пар. При пуске двигателя с увеличением вязкости масла возрастают затраты энергии на преодоление сопротивления вращению коленчатого вала электростартером. Масло поступает к узлам двигателя с некоторым опозданием, поэтому детали двигателя изнашиваются интенсивнее. Особенно при пуске трудно обеспечить подвод масла к деталям цилиндропоршневой группы.

При определенной температуре (температура застывания) масло теряет подвижность.

Для устранения этих дефектов промышленностью выпускаются зимние сорта моторного масла. Для снижения температуры застывания в них добавляют депрессорные присадки. Также в последнее время стали выпускать специальные маловязкие загущенные моторные масла

1.3.2  Сопротивления, возникающие при пуске двигателя

Вращая коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания при пуске, электростартер преодолевает сопротивление сил трения. Часть энергии пускового устройства затрачивается на привод вспомогательных механизмов, наполнение цилиндров, удаление рабочего заряда или продуктов сгорания и на преодоление момента, обусловленного разностью работ сжатия и расширения. Пока топливо не воспламеняется, работа сжатия больше работы расширения вследствие утечки и охлаждения газов. Интенсивность потерь теплоты воздуха или топливовоздушной смеси и сопротивление, обусловленное этими потерями, зависят от степени сжатия, формы камеры сгорания и состояния деталей цилиндропоршневой группы.

Трение может быть без смазочного материала, граничным, со смазочным материалом или смешанным. Вид трения зависит от количества и вязкости смазочного материала в узлах трения, качества, состояния, размеров трущихся поверхностей, их относительной скорости перемещения и нагрузки на них. Условия трения в отдельных узлах двигателя существенно отличаются. Трение без смазочного материала характеризуется значительным сопротивлением перемещению и изнашиванием трущихся деталей. Тонкая граничная пленка на трущихся поверхностях в 5-10 раз снижает коэффициент трения.

1.3.3  Влияние установки угла опережения впрыскивания на пуск дизеля

Топливо подается в цилиндр до прихода поршня в ВМТ. Необходимый угол опережения впрыскивания топлива учитывает задержку воспламенения. От правильного выбора момента подачи топлива зависит эффективность пуска. Раннее впрыскивание в среду с низким давлением и температурой задерживает или исключает воспламенение топливовоздушной смеси. При благоприятных условиях для воспламенения возможно резкое увеличение давления сгорания до прихода поршня в ВМТ. Нагрузки на детали двигателя и пусковое устройство при этом резко возрастают. При позднем впрыскивании топливовоздушная смесь сгорает во время такта расширения в сравнительно большом объеме и при быстро увеличивающейся площади поверхности охлаждения. Мощность, развиваемая двигателем, уменьшается, и продолжительность пуска двигателя возрастает. Наивыгоднейший для пуска угол опережения впрыскивания топлива меньше рекомендуемого для номинального режима на 8-11° [2] для дизелей с неразделенными камерами сгорания и на 1,5 - 5° для вихрекамерных дизелей.

1.4     Устройства облегчения пуска

 

1.4.1  Электрические свечи накаливания

У дизелей с разделенными камерами сгорания температура в конце такта сжатия при реально возможной частоте прокручивания коленчатого вала двигателя электростартерной системой оказывается недостаточной (до 300-350оС) для обеспечения воспламенения впрыскиваемого в цилиндры топлива. Наиболее эффективным средством, с учетом особенностей рабочего процесса, для дизелей с разделенными камерами сгорания является установка в вихревую или предкамеру свечей накаливания, которые обеспечивают каллоризаторное воспламенение впрыскиваемого топлива.

Свечи накаливания (рисунок 1.6.1.1) бывают открытого и закрытого типов. Материалом спирали свечи накаливания открытого типа служит нихромовая проволока диаметром 1.6-2 мм. Конструкция отличается достаточной коррозийной и вибрационной стойкостями. Двухполюсные свечи накаливания, установленные на двигателе, включаются последовательно с контрольным элементом, дополнительным резистором и источником тока. Время нагрева спирали до рабочей температуры 850-1000оС составляет 30-60 с при силе тока 45-50 А и напряжении 12 В. Готовность к пуску двигателя определяется по степени накала спирали контрольного элемента. Дополнительный резистор служит для компенсации падения напряжения в момент включения стартера, в результате чего сила тока в цепи остается постоянной и степень накаливания свечи не меняется. Во избежание сокращения срока службы, свечи накаливания с открытым нагревательным элементом устанавливают в камеру сгорания таким образом, чтобы струи распыливаемого топлива не касались раскаленной спирали (рисунок 1.6.1.2, а).

Рисунок 1.6.1.1 - Свечи накаливания

а - общий вид; б - конструкция свечи закрытого типа; I - III - закрытого типа; IV - открытого типа; 1 - кожух свечи;

- спираль накаливания; 3 - корпус

Рисунок 1.6.1.2 - Установка свечей накаливания в камере сгорания:

а - открытого типа (дизель Д-50); б - закрытого типа (дизель Д-37Е); в закрытого типа (дизель Фольсваген) первый вариант; г - закрытого типа (дизель Фольсваген) второй вариант; 1 - топливная форсунка; 2 - свеча накаливания; 3 - головка цилиндров

В отличие от свечи открытого типа спираль накаливания штифтовой свечи находится внутри кожуха, заполненного порошкообразным наполнителем. В качестве наполнителя используют оксид магния (периклаз), представляющий собой электроизоляционный материал с высокой теплопроводностью. Материалом кожуха служит сплав инконель (железо - никель - хром). Свечи данного типа изготавливаются однопроводными. В связи с большой тепловой инерцией необходимость дополнительного резистора, закорачиваемого при пуске, отсутствует. Время нагрева штифтовых свечей до рабочей температуры (1000оС) зависит от конструкции их нагревательного элемента и составляет от 7 до60 секунд. Свечи с наименьшим временем нагрева предназначены для установки на вихрекамерные дизели с небольшим рабочим объемом и высокой степенью сжатия (22-23) (рисунок 1.6.1.2, б, в). время их нагрева изменяется в зависимости от температуры двигателя и окружающей среды. Для этого используются автоматы с электронными блоками управления, которые предохраняют нагревательный элемент от высоких напряжений и силы тока. Преимуществом таких свечей являются большая механическая прочность и продолжительный срок службы вследствие отсутствия окисления кислородом воздуха нагревательного элемента.

Свечи устанавливают в камеру сгорания так, чтобы конус струй распыливаемого топлива касался лишь раскаленного конца ее кожуха. Как показали исследования, наилучшим расположением свечи в вихревой камере с точки зрения пуска является нижнее (рисунок 1.6.1.2, б). Однако такое расположение не обеспечивает при наименьшем расходе топлива выполнения требований по дымности. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала при использовании свечей накаливания для дизелей с разделенными камерами при -20оС на маловязком масле составляет 100 - 150 мин-1. Большая эффективность достигается и при установке штифтовых свечей в камеру сгорания дизеля с непосредственным впрыскиванием топлива (рисунок 1.6.1.2, г). Применение свечей с временем нагрева спирали 60 с обеспечивает пуск дизеля Д-37Е на маловязком масле при -25оС с частотой электростартерного прокручивания 70-80 мин-1. Несмотря на определенные трудности с размещением и нарушением рабочего процесса всвязи с более низким сроком службы, установка штифтовых свечей на дизеле с непосредственным впрыскиванием топлива является наиболее перспективным направлением. В настоящее время этот способ улучшения пуска получает все большее распространение в нашей стране.

1.4.2  Подогрев воздуха во впускном трубопроводе

Подогрев впускного воздуха улучшает условия пуска дизелей с неразделенной камерой сгорания. Примером устройства, обеспечивающего повышение температуры конца сжатия за счет подогрева впускного воздуха служит свеча подогрева СН-150 (рисунок 1.6.2.1). Свеча мощностью 400 Вт устанавливается на впускном трубопроводе тракторных дизелей с рабочим объемом до 4-5 литров. Учитывая ее малую мощность, для роста температуры всасываемого воздуха устанавливаются две и более свечи. Но при использовании более одной свечи повышается расход электроэнергии и увеличивается аэродинамическое сопротивление впускного трубопровода.

Рисунок 1.6.2.1 - Свеча подогрева впускного воздуха СН - 150:

- спираль накаливания; 2 - стержень; З - корпус; 4 - к онтактная гайка

Спираль свечи изготовляется из проволоки высокого омического сопротивления с диаметром 2 мм. Свеча устанавливается в специальном гнезде на впускном трубопроводе и закрепляется накидкой гайкой. Место установки свечи выбирается экспериментально, исходя из максимально возможного приближения ее к впускным окнам, с учетом количества и схемы расположения цилиндров двигателя. Номинальное напряжение свечи 8,5 В, номинальная сила тока 45-47 А, время нагрева до рабочей температуры (900-1000оС) составляет 40-60 с. Последовательно со свечой включены в электроцепь дополнительный резистор, который закорачивается во время пуска, контрольный элемент, спираль, заключенная в кожух или контрольная лампочка. Время, необходимое для нагрева спирали свечи, контролируется по степени нагрева спирали контрольного элемента или по накалу лампочки.

При использовании свечей подогрева впускного воздуха в сочетании с маловязкими маслами и увеличенной цикловой подачей топлива предельная температура надежного пуска холодного дизеля снижается примерно на 5оС.

Для повышения эффективности и снижения температуры пуска применяются фланцевые свечи (рисунок 1.6.2.2). У фланцевых свечей за счет удлинения спирали увеличивается поверхность теплоотдачи, ее мощность при этом не меняется. Кроме того, уменьшаются потери теплоты в результате их установки непосредственно около впускных окон. Однако такие свечи не получили широкого распространения из-за невозможности унификации их конструкций для применения на различных типах дизелей.

Рисунок 1.6.2.2 - Фланцевая свеча:

- корпус; 2 - спираль; З - контакты

Эффективность применения свечей подогрева снижается с понижением температуры. Поэтому их применяют для облегчения пуска дизелей с неразделенной камерой сгорания до температур не ниже -15 оС, а при температурах ниже -15 оС подогрев всасываемого воздуха осуществляют электрофакельными подогревателями.

Одним из достоинств электрофакельных подогревателей является возможность их работы как на дизельном топливе, так и на бензине. Это позволяет их использовать для облегчения пуска, кроме дизелей, и на многотопливных двигателях. По сравнению со свечами электрофакельные подогреватели потребляют меньшее количество электроэнергии. Кроме того, наряду с эффективным подогревом воздуха они газифицируют часть несгоревшего топлива, что улучшает внешнее смесеобразование. Несгоревшие частицы топлива в виде паров или газов попадают в цилиндры двигателя и, являясь там очагами воспламенения, способствуют более быстрому сгоранию топлива. Работа подогревателя после пуска дизеля в режиме сопровождения ускоряет прогрев двигателя, уменьшает дымность и снижает токсичность отработавших газов.

На продолжительность пуска двигателя, влияют расположение электрофакела во впускном трубопроводе по отношению к впускным окнам, а также величина выступания его нагревательного элемента в коллекторе. При проектировании двигателей, на которых планируется установка подогревателей, необходимо предусматривать во впускном трубопроводе специальные выступы, снижающие скорость всасываемого воздуха и способствующие устойчивому горению факела при самостоятельной работе двигателя. При наличии у двигателя двух впускных трубопроводов подогреватели располагают в каждом из них.

В качестве примера представляю конструкцию электрофакельного подогревателя является конструкция, устанавливаемая на дизельные двигатели ЯМЗ, выпускаемые для автомобилей КамАЗ, ЗИЛ, ГАЗ и некоторые другие. В его комплект (рисунок 1.6.2.3) входит одна (две) факельная одноштифтовая свеча, электромагнитный топливный клапан, добавочный резистор с электротермическим реле, а также кнопочный выключатель, реле блокировки и отключения обмотки возбуждения генератора, контрольная лампа готовности к пуску и топливопроводы. У подогревателя имеются топливная и электрическая схемы, подключаемые к соответствующим системам автомобиля. Основным устройством, обеспечивающим получение факела для нагрева поступающего в цилиндры воздуха, является факельная штифтовая свеча. Их количество и место расположения зависят от конструкции впускного трубопровода и рабочего объема двигателя. В связи с тем, что отечественной промышленностью не выпускаются двухштифтовые свечи для дизеля ЯМЗ-240 с рабочим объемом 22 л, требуется установка четырех одноштифтовых свечей. Свечи на впускном трубопроводе размещают таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение нагретого воздуха по цилиндрам. Конструкция свечи допускает их установку в вертикальном, горизонтальном и промежуточном положениях.

Свеча (рисунок 1.6.2.4) состоит из корпуса 1, внутри которого расположен нагревательный элемент, выполненный в виде штифтовой свечи. Для подсоединения к топливопроводу имеется штуцер 5, в котором установлены фильтр 4 и топливный жиклер 3. Фильтр изготовлен из высокопористой бронзы и запрессован в корпус, имеющий шлицы под отвертку. В нижней части корпуса факельной свечи имеется резьба для крепления ее на впускном трубопроводе. В нужном положении свеча фиксируется контргайкой 9. Поступающее под низким давлением топливо проходит через фильтр и жиклер и попадает во внутреннее пространство между кольцевой вставкой 6 и штифтом 2 нагревательного элемента.

Рисунок 1.6.2.3 - Комплект электрофакельного устройства подогрева впускного воздуха автомобиля КамАЗ: 1 - факельная штифтовая свеча; 2 - реле блокировки и отключения обмотки   возбуждения генератора; 3 - добавочный резистор с электротермическим реле; 4 - электромагнитный топливный клапан

Между штифтом и кольцевой вставкой расположена мелкая сетка 8, которая смачивается поступающим топливом. Обеспечивая хорошее испарение топлива, сетка способствует равномерному распределению его вокруг штифта и препятствует быстрому вытеканию топлива наружу.

Нагревательный элемент представляет собой однополюсную свечу накаливания закрытого типа, рассчитанную на напряжение 19 и 9,5 В, и сила потребляемого тока равна соответственно 11 и 22 А. Спираль свечи помещена в тонкий металлический кожух 10, заполненный периглазом-28, обладающим высокими диэлектрическими качествами и имеющим высокий коэффициент теплопроводности.

При работе топливо, соприкасаясь с горячим воздухом нагревательного элемента, быстро нагревается и испаряется.

Испарившиеся частицы топлива, попадая на нижнюю часть свечи, смешиваются с поступающим воздухом и воспламеняются, образуя факел пламени.

Защитный кожух 7 с отверстиями и окружающая наружную часть штифта сетка предохраняют нагревательный элемент от переохлаждения при повышенных скоростях движения воздуха.

Рисунок 1.6.2.4 - Факельная штифтовая свеча

-корпус; 2 -штифт; 3 -топливный жиклер; 4-фильтр; 5-штуцер; 6 кольцевая вставка; 7-защитный кожух; 8-сетка; 9-контргайка; 10 металлический кожух спирали свечи

Это обеспечивает поддержание непрерывного горения топливовоздушной смеси после начала самостоятельной работы двигателя. Топливо из системы питания двигателя поступает к свече через запорное устройство, представляющее собой электромагнитный клапан (рисунок 1.6.2.5). Клапан открывается при подаче на его катушку напряжения, закрывается клапан с помощью возвратной пружины. Нормальная работа устройства может осуществляться лишь при условии, что перед пуском двигателя магистраль низкого давления перед электромагнитным клапаном будет заполнена топливом. Иначе будет происходить задержка образования факела, а, следовательно, увеличится время пуска дизеля. Для поддержания давления топлива перед электромагнитным клапаном, применяют аккумулятор топлива. Управление временем нагрева штифта факельной свечи и открытием электромагнитного клапана осуществляется электротермическим реле, размещенным в одном корпусе с добавочным резистором.

Рисунок 1.6.2.5 - Топливная система ЭФУ автомобиля КамАЗ:

а - схема; б - перепускной клапан; в - клапан-жиклер; 1 - топливный бак; 2 - фильтр грубой очистки топлива; З - форсунки; 4 - топливный насос высокого давления; 5 - перепускной клапан; 6 - топливоподкачивающий насос; 7 - факельные свечи; 8 - электромагнитный топливный клапан; 9 - клапан-жиклер; 10 - фильтр тонкой очистки топлива; 11 - корпус перепускного клапана; 12 - запорный шарик; 13 и 19 - пружины; 14 - пробка; 15 - прокладка; 16 -регулировочная шайба; 17 - направляющая клапана; 18 - крышка фильтра клапана-жиклера; 20 - клапан-жиклер; 21 - регулировочная шайба

Добавочный резистор (рисунок 1.6.2.6) уменьшает напряжение в момент предварительного нагрева штифта факельной свечи и закорачивается в момент включения стартера. Электротермическое реле имеет два контакта, один из которых расположен на биметаллической пластине. При прохождении тока после определенного времени, зависящего от температуры окружающей среды, биметаллическая пластина нагревается, и контакты размыкаются. В этот момент включается электромагнитный клапан и загорается контрольная лампа, сигнализирующая о необходимости включения стартера, так как штифт факельной свечи нагрелся до требуемой температуры (примерно до 1000° С) в зависимости от температуры окружающей среды составляет 70 - 110 с.

Рисунок 1.6.2.6 - Электрическая схема системы пуска и управления работой ЭФУ автомобиля КамАЗ и схема коммутации выключателя приборов и стартера

- кнопка дистанционного выключателя массы батарей; 2 - включатель массы аккумуляторных батарей: 3 - аккумуляторные батареи; 4 дублирующий выключатель стартера; 5 - стартер; 6 - реле отключения обмотки возбуждения генератора; 7 - шунтирующее реле; 8 - выключатель ЭФУ; 9 - добавочный резистор с электротермическим реле; 10 - контрольная лампа готовности к пуску ЭФУ; 11 - электромагнитный топливный клапан; 12 - факельные свечи; 13 - Выключатель приборов и стартера; 14 - предохранитель ПР51ОА; 15 - реле блокировки отключения массы аккумуляторных батарей; 16 - амперметр; 17 - дополнительное реле стартера РС530

1.4.3  Легковоспламеняющиеся жидкости

Легковоспламеняющаяся жидкость является наиболее эффективным средством облегчения пуска двигателя. Впрыскивание пусковой жидкости во впускные трубопроводы является универсальным средством для обеспечения пуска с nmin как бензинового двигателя, так и дизеля. Это обеспечивается за счет интенсификации воспламенения топлива или рабочей смеси и повышения эффективности их сгорания вследствие наличия в ней компонентов с низкой температурой самовоспламенения и широкими пределами воспламенения.

Для обеспечения подачи жидкости в цилиндры двигателя разработано много способов. Наибольшее распространение получил способ распыливания легковоспламеняющейся жидкости непосредственно во впускной трубопровод. Для этого используются устройства, работа которых основана на пневматическом или механическом способе распыливания и испарения жидкости.

Широкое распространение получают устройства, основанные на аэрозольном распыливании легковоспламеняющейся жидкости. При одинаковой эффективности пуска холодного двигателя такой способ обеспечивает меньший расход пусковой жидкости, некоторое снижение жесткости работы двигателя и возможность автоматизации процесса подачи.

Легковоспламеняющаяся жидкость хранятся под давлением в пластмассовом или металлическом баллоне с клапанным механизмом. В качестве вытесняющего газа (пропелента) в отечественной аэрозольной упаковке используется двуокись углерода, обеспечивающий достаточное давление распыливания (около 0,2 кПа при -40 оС) при низких температурах. Клапанный механизм баллона срабатывает при нажатии на шток клапана механическим, пневматическим или электромеханическим способом. Аэрозольными упаковками пользуются вручную, для этого во впускном трубопроводе ниже воздушного фильтра необходимо сделать отверстие, закрываемое пробкой. Однако больший эффект получается при применении специального устройства. При пуске двигателя одновременно с включением стартера нажимают на шток клапана и обеспечивают подачу аэрозоли во впускной трубопровод через имеющееся отверстие. В некоторых случаях можно осуществлять подачу жидкости через открытую крышку воздушного фильтра или через отверстие в ней, но при условии, что пусковая жидкость не должна попадать на сухой элемент фильтра, так как в ней присутствует минеральное масло.

Пусковое приспособление для дистанционного управления подачей легко жидкости в аэрозольной упаковке с электромагнитным приводом типа 17.3741 (рисунок 1.6.3.1) состоит из корпуса с электромагнитом, механизма крепления, аэрозольной упаковки, вихревой форсунки и трубопровода. Пусковые приспособления выпускаются с электромагнитами с номинальным напряжением 12 В (тип 17.3741) и 24 В (тип 171.3741) и комплектуются по заказу потребителя прямыми или прямоугольными штуцерами топливопровода. В зависимости от напряжения, сила тока в электромагнитном клапане, составляет соответственно 12 и 6 А. Крепится приспособление с помощью кронштейна в моторном отсеке в доступном для смены баллонов месте. Во избежание перегрева оно защищено экраном. Перед пуском двигателя устанавливается аэрозольный баллон, для чего его верхнюю часть совмещают с корпусом и прижимают с помощью дужек и опорной пятки. Уплотнение с корпусом обеспечивается резиновыми прокладками.

Рисунок 1.6.3.1 - Устройство для аэрозольного распыливания легковоспламеняющейся жидкости:

- аэрозольный баллон; 2 - дужки крепления баллона; 3 - кронштейн крепления; 4 - эмульсионная трубка; 5 - электромагнит; б - сердечник; 7 - резиновый уплотнитель

Включение пускового приспособления осуществляется дистанционно и блокируется с выключателем стартера. При включении сердечник электромагнитного клапана, перемещаясь вниз, давит на клапан аэрозольной упаковки. Легковоспламеняющаяся жидкость под давлением пропелента поступает в корпус электромагнитного клапана и по трубопроводу к форсунке. В форсунке легковоспламеняющаяся жидкость получает завихрение двухзаходным шнеком и в виде аэрозоля распыливается во впускном трубопроводе. Распыленная аэрозоль смешивается с поступающим воздухом (в дизеле) или с топливовоздушной смесью (в бензиновом двигателе) и поступает в цилиндры двигателя. При обесточивании электромагнитного клапана поступление аэрозоля во впуск ной трубопровод исключается. Следует отметить, что легковоспламеняющаяся жидкость является эффективным, экономичным и удобным в эксплуатации средством облегчения пуска, которую применяют для разнообразных двигателей, особенно для дизелей с малой степенью сжатия. При использовании маловязких масел обеспечивается снижение предельной температуры надежного пуска примерно на 10-15 оС. Минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала для различных двигателей при температуре -30 оС составляет в среднем 40-80 мин-1.

Опыт эксплуатации тракторов МТЗ-80 показал, что применение аэрозольной легковоспламеняющейся жидкости обеспечивает незначительные износы деталей двигателей. Это подтверждается результатами экспертизы технического состояния двигателей после наработки ими порядка 2300 мото-часов при низких температурах.

При температурах ниже -30 оС легковоспламеняющуюся жидкость используют с одновременным разогревом двигателя индивидуальными подогревателями, что сокращает продолжительность его пуска. Это подтверждается зарубежным и отечественным опытом при пуске двигателей при температурах до -50 оС. Например, канадские автопоезда, осуществляющие междугородние перевозки, наряду с индивидуальными подогревателями-отопителями оснащаются приспособлениями различных фирм, обеспечивающими подачу во впускной трубопровод легковоспламеняющейся жидкости.

1.4.4  Пусковые накопители энергии

Накопители энергии (НЭ) для систем пуска двигателей внутреннего сгорания (ДВС)- сверхвысокоемкие конденсаторы оптимизированные для разряда высокими плотностями тока.

Система пуска ДВС с НЭ (Рисунок 1.6.4.1) предполагает использование комбинации: аккумуляторная батарея + НЭ. При этом реализация мощностных характеристик - прокрутка стартера ДВС ложится на НЭ, а батарея выполняет функции буферного источника энергии для заряда НЭ перед пуском и обеспечения функционирования энергопотребителей транспортного средства при неработающем ДВС.

В настоящее время для пуска ДВС в интервале от легковых до тяжелых грузовых автомобилей и тракторов используются батареи емкостью 44-210 Ач. В случае использования комбинированной системы с НЭ, этот диапазон сократится до, соответственно, 25-60 А-ч при той же номенклатуре ДВС.

Преимущества применения емкостных накопителей энергии

. Применение НЭ обеспечивает гарантированный запуск ДВС при отрицательных температурах, что важно для районов Крайнего Севера, а также для решения задач приведения в готовность специальной техники в любых погодных условиях.

. Система пуска предполагает разделение функций хранения и выдачи энергии, а также снижение участия батареи в мощных разрядных режимах. Это дает возможность применять на борту автомобиля не стартерную батарею с ее относительно низким сроком службы, а батарею среднего режима разряда. В совокупности с высокоресурсным НЭ, общий срок службы системы возрастает в 2-3 раза.

. Применение НЭ позволяет произвести гарантированный пуск ДВС даже при наличии старой, неисправной или глубоко разряженной батареи, неспособной давать требуемый ток прокрутки стартера, но способной зарядить малым током НЭ.

. Применение системы пуска с НЭ позволяет (особенно для тяжелых типов грузовиков) на 10-30% уменьшить объем батарейного ящика и на 25 40% снизить вес источника тока.

. НЭ экологически чистый источник тока. Во время хранения и эксплуатации он не выделяет в окружающую среду никаких веществ. Нет также проблем с утилизацией отработанных НЭ, т.к. они не содержат токсических компонентов.

. НЭ полностью безуходен и не требует обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

. НЭ не боится глубоких разрядов, переполюсовок, короткого замыкания. В настоящее время накопители уже используются для пуска двигателей внутреннего сгорания от легковых - 12ПП-4/0.003 (4 кДж), до грузовых автомобилей -24ПП-30/0.003 (30 кДж), а также мощных дизелей (200... 1000 кВт) специального назначения (2...4х30 кДж).

Рисунок 1.6.4.1 - Схема электростартерного пуска двигателя с накопителями энергии.

.- стартер; 2. - выключатель стартера; 3. - накопители энергии; 4. - Аккумуляторные батареи

2        СПЕЦЧАСТЬ

 

2.1     Объект модернизации


N п/п

Параметры двигателя

1.

Число цилиндров

4

2.

Расположение цилиндров

рядное

3.

Диаметр цилиндра, мм

102

4.

Ход поршня, мм

122

5.

Рабочий объем цилиндров, л

4

6.

Степень сжатия

17.5

7.

Номинальная мощность, кВт (л.с.)

118 (161)

8.

Номинальное число оборотов, об/мин

2400

9.

Максимальный крутящий момент, (Н.м)

588

10.

Число оборотов при максимальном крутящем моменте, об/мин

1200

11.

Минимальный удельный расход топлива по скоростной характеристике, г/(л.с.ч) (г/(кВт ч))

148 (201)

12.

Направление вращения коленчатого вала (вид со стороны вентилятора)

правое

13.

Способ смесеобразования

непосредственный впрыск топлива

14.

Камера сгорания

однополостная в поршне

15.

Число клапанов на цилиндр: впускных выпускных

 2 2

16.

Диаметр тарелки клапана, мм: впускного выпускного

 30 30

17.

Привод распределительного вала

шестеренчатый

18.

Топливоподающая аппаратура

разделенного типа (топливные насосы высокого давления и форсунки)

19.

Топливный насос высокого давления

Индивидуальный на каждый цилиндр

20.

Форсунки

Закрытые с многодырчатым распылителем

21.

Расход масла, % к расходу топлива

0,3

22.

Масса двигателя, кг

420

 

2.2     Анализ внутрицилиндровых процессов, сопровождающих запуск двигателя


В результате сжатия в цилиндре дизеля создаются условия, которые обеспечивают воспламенение и последующее сгорание топлива, впрыскиваемого через форсунку. Эти условия характеризуются, с одной стороны, давлением и температурой заряда в конце процесса сжатия, а с другой - интенсивностью движения воздуха в цилиндре и камере сгорания двигателя.

Сжатие воздушного заряда в цилиндрах дизелей ЯМЗ начинается при j>236о поворота коленчатого вала, после закрытия впускного клапана. Вследствие неравномерного вращения коленчатого вала, утечек заряда через неплотности поршневых колец и теплообмена со стенками цилиндра темпы роста давления и температуры по мере приближения поршня к ВМТ непрерывно изменяются.

Показатель политропы сжатия, определенный из уравнения политропы pVn=const, увеличивается от значений близких 1 в начале сжатия до 1.32 - 1.34 перед ВМТ. Около ВМТ в результате уменьшения скорости поршня и увеличения относительной поверхности теплоотдачи темпы роста давления и температуры заряда снижаются, уменьшается и показатель политропы n.

Показатель адиабаты воздушного заряда k вследствие увеличения температуры в течение всего процесса сжатия непрерывно уменьшается.

Параметры заряда в конце сжатия при пуске дизелей зависят от целого ряда факторов: степени сжатия - e, числа оборотов коленчатого вала в минуту, утечек воздуха через неплотности цилиндра, теплообмена и значений давлений и температуры в начале сжатия.

В результате совокупного влияния этих факторов давление в конце процесса сжатия Pc при прокручивании двигателя с n=-0-100 об/мин существенно уменьшается по сравнению с соответствующим давлением при (nн) =2100 об/мин (Таблица 2.1.1).

Таблица 2.1.1 - давление Pс в цилиндрах двигателя ЯМЗ-240 после заводской обкатки (t =-5oC)

№ц

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

n об/мин

100

95

95

90

90

90

100

100

100

95

95

90

Pc кг/см2

26,4

26,2

28

28,4

27,6

27,2

31,4

27,2

30,8

39,9

29

30,6

При nн=2100 об/мин

Pc кг/см2

43,6

43,2

45,1

42

41,5

42,1

44

42,5

45,6

43,4

41,5

44


Решающее влияние на результаты процесса сжатия оказывает степень сжатия двигателя - e. Величина ее определяется возможностью получения удовлетворительных пусковых качеств, высоко эффективным протеканием рабочего процесса, а также условиями прочности и долговечности двигателя.

Объем камеры сжатия Vс, а следовательно, и степень сжатия двигателя зависят от объемов камеры в поршне - Vк, углублений под клапаны - Vкл, надпоршневого зазора dнз и выступания бурта втулки цилиндра. Допуски по соответствующим чертежам на эти объемы, определяемые технологией производства и сборки, при неблагоприятных сочетаниях могут привести к существенному уменьшению степени сжатия и различию ее по цилиндрам двигателя.

В двигателях ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 основное влияние на степень сжатия оказывает надпоршневой зазор, величина которого по ТУ изменяется от 1,198 мм до 1,98 мм.

Только это может привести к изменению степени сжатия, примерно, на 2 единицы. Поэтому устанавливаемая степень сжатия от двигателя к двигателю может изменяться от 16,5 до ~ 14,5.

Подобное изменение степени сжатия приводит к уменьшению температуры конца сжатия, примерно, на 20 ÷ 250С, а давления - на 2,5 кг/ см2. Естественно, что такое изменение параметров в конце сжатия может привести к тому, что пусковые качества отдельных двигателей могут существенно отличаться.

Из таблицы 2.1.1 видно, что и в цилиндрах одного двигателя давления в конце процесса сжатия могут существенно отличаться. Значительное различие в степенях сжатия, а, следовательно, в давлениях и температурах воздушного заряда в конце процесса сжатия является основной причиной пуска двигателей ЯМЗ не на всех цилиндрах.

Вместе с этим, увеличение надпоршневого зазора в пределах допуска снижает интенсивность радиальных перетеканий в цилиндре и приводит к уменьшению отношения Vк/Vс, примерно, с 0,82 до 0,73. В результате этого уменьшается относительное количество воздуха в камере сгорания и ухудшаются условия испарения и смесеобразования, особенно при низкотемпературном пуске дизеля.

Увеличение давления и температуры воздушного заряда в период пуска в цилиндре дизеля начинается лишь после закрытия впускного клапана (yкл = 560 поворота к.в. после НМТ) [3].

Если учесть также то, что процесс «чистого» сжатия заканчивается в момент начала поступления топлива в цилиндр, то относительное изменение объема цилиндра за процесс сжатия окажется еще меньшим.

Если обозначить через

Vy - объем, потерянный вследствие позднего закрытия впускного клапана;

Vq - изменение объема цилиндра, соответствующее продолжительности периода опережения впрыска q0 поворота к.в., то «действительная» степень сжатия

после несложных преобразований можно получить

                                             2.1.1

l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

 - геометрическая степень сжатия

Формула (2.1.1) дает возможность найти относительное изменение объема цилиндра за процесс сжатия («действительную» степень сжатия) в условиях различных начала и конца сжатия, что соответствует осуществлению процесса при различных запаздываниях закрытия впускного клапана и разных углах опережения впрыска топлива.

Расчеты показывают, что при геометрической степени сжатия eг=16,5, закрытии впускного клапана через 560 поворота к.в. после НМТ установка угла опережения впрыска топлива q в 100, 200 и 300 поворота к.в. до ВМТ приводит к уменьшению «действительной» степени сжатия eд, соответственно, до 11,9; 8,62 и 5,97, что в процентах составит 72,3%, 52,2% и 36,2% от 16,2.

Таким образом, относительное изменение объема за процесс сжатия оказывается значительно меньше eг. Это приводит к соответствующему уменьшению параметров воздушного заряда в конце процесса сжатия.

Если принять, что в момент закрытия впускного клапана Тзк=2730К = idem, а процесс сжатия совершается со средним показателем политропы n = 1,3 = idem, то подобное изменение степени сжатия eд приведет к уменьшению температуры в конце сжатия с 6330К до 5750К; 5220К и 4670К соответственно.

Уменьшение угла запаздывания закрытия впускного клапана благоприятно сказывается на относительном изменении объема заряда при сжатии; закрытие клапана в НМТ при прочих равных условиях приводит к увеличению eд, в среднем, на 20%.

Таким образом, кроме геометрической степени сжатия температурные условия в цилиндре в момент впрыска топлива в значительной мере будут зависеть от момента закрытия впускного клапана и угла опережения впрыска топлива.

Из рисунка 2.2.1 следует, что наибольшее влияние запаздывания закрытия впускного клапан на величину eд наблюдается в диапазоне больших значений углов yкл, примерно, до 40÷450 поворота

к.в. после НМТ. Дальнейшее уменьшение этого угла на двигателях ЯМЗ, по-видимому, нецелесообразно, так как «действительная» степень сжатия при этом повышается незначительно.

Рисунок 2.2.1 - Зависимость действительной степени сжатия eд от геометрической - eг, угла запаздывания закрытия впускного клапана yкл и угла опережения впрыска топлива - q

В результате исследования процессов наполнения и сжатия было установлено, что одним из реальных способов улучшения пусковых качеств двигателя является сокращение продолжительности запаздывания закрытия впускных клапанов yкл с 560 до 44-460 [3] поворота к.в. после НМТ.

Это позволило бы увеличить при q = 200 поворота к.в. «действительную» степень сжатия - eд с 7,86 до 8,4 ÷ 8,6 и поднять температуру в момент начала впрыска топлива, примерно, на 8 - 100С по сравнению с исходным вариантом (eг = 14,0; yкл = 56 поворота к.в. после НМТ) [3].

Исследования двигателя ЯМЗ -238 с экспериментальным кулачковым валиком в камере холода подтвердили результаты расчетов.

Уменьшение угла запаздывания закрытия впускного клапана до 460 поворота к.в. НМТ позволило увеличить при n =90 ÷ 100 об/мин давление заряда в ВМТ на ~ 1,1 ÷ 1,2 кг/см2 и снизить минимальную температуру пуска двигателя со стартером СТ-103 на ~ 50С [3]. При этом мощностные и экономические показатели двигателя при работе на номинальном режиме и по скоростной характеристике практически не изменились.

Как и предполагалось, дальнейшее сокращение продолжительности запаздывания закрытия впускного клапана вследствие слабого влияния на параметры воздушного заряда в конце сжатия и заметного ухудшения наполнения цилиндра на номинальном режиме оказалось нецелесообразным.

Надежный пуск дизеля возможен только в том случае, если в результате сжатия в цилиндре достигается достаточная для воспламенения топлива температура воздушного заряда.

2.3     Расчеты ожидаемых параметров по температуре конца сжатия


Как видно из главы 2.2 для надежного пуска дизеля важна высокая температура конца сжатия. Во время работы двигателя на рабочих режимах на двигателе ЯМЗ-534 работает турбокомпрессор, который обеспечивает требуемую массу свежего заряда в цилиндре вследствие повышения давления впуска. При повышении давления впуска увеличивается и давление конца сжатия и температура конца сжатия.

Pa=Pk-DPa - давление конца такта впуска.

DPa=0.1· Pk - падение давления при такте впуска.

 - давление конца сжатия.

 - температура конца сжатия (при пуске Ta=T0).

 - температура при повышении давления.

Поэтому на рабочих режимах не возникает проблемы воспламенения топлива, связанной с низкой температурой конца сжатия.

Во время пуска двигателя турбокомпрессор не работает, а даже создает дополнительное сопротивление на впуске. При пуске в холодных условиях температура конца сжатия в результате низкого давления впуска, по сравнению с рабочими режимами, и перетекания теплоты в стенки цилиндра температура конца сжатия значительно понижается, что приводит к ухудшению воспламенения топлива (Таблица 2.2.1).

На пусковые качества двигателя также влияет число оборотов провертывания коленчатого вала электропусковой системой. При повышении числа оборотов увеличивается политропа сжатия (n1). При изменении числа оборотов провертывания коленчатого вала от 100 об/мин до 400 об/мин политропа сжатия изменяется от 1.12 до 1.22.

Из таблицы 2.2.1 видно, что наибольшее влияние на температуру конца сжатия оказывает начальное давление и число оборотов коленчатого вала.

Еще один из важных параметров, влияющих на пусковые качества двигателя - степень сжатия e. Как было сказано ранее, степень сжатия геометрическая определяется по формуле


где Vh - полный объем цилиндра; Vc - объем камеры сгорания. Если учесть то, что сжатие заряда в цилиндре начинается после закрытия впускного клапана, а заканчивается после попадания топлива, то действительная степень сжатия eд окажется иной. То есть действительная степень сжатия зависит от угла запаздывания закрытия впускного клапана после НМТ и от угла опережения впрыска топлива. При увеличении этих углов уменьшается степень сжатия и, как следствие, понижаются давление и температура конца сжатия (Таблица 2.2.2).

Из расчетов можно сделать вывод, что во время пуска двигателя целесообразно было бы повышать давление на впуске, и увеличивать действительную степень сжатия.

В грузовых автомобилях и автобусах применяется пневматическая тормозная система. Например, в тормозной системе КамАЗа постоянно находится 120 литров воздуха под давлением 0,7 МПа. Этот воздух находится в системе и после остановки двигателя и не используется до того момента, когда двигатель выйдет на рабочий режим и не начнется движение автомобиля. Этот воздух можно использовать для поднятия давления во впуском коллекторе двигателя во время пуска.

Таблица 2.2.1 - Давление и температура конца пуска в зависимости от начального давления, числа оборотов и степени сжатия.

100

150

200

250

300

350

400

1.12

1.136667

1.153333

1.17

1.186667

1.203333

1.22

P=

0.1

МПа

Т0=

248

К

 

e=

15

P, МПа

1.868378

1.954638

2.04488

2.139288

2.238055

2.341382

2.44948

T, К

343.2279

359.0742

375.652

392.9952

411.139

430.1206

449.9785

e=

16

P, МПа

2.008431

2.103418

2.202897

2.307081

2.416193

2.530464

2.65014

T, К

345.8964

362.2553

379.3878

397.3307

416.1221

435.8022

456.4131

e=

17.5

P, МПа

2.328962

2.442754

2.562106

2.687289

2.818588

2.956303

T, К

349.6361

366.7191

384.6368

403.43

423.1413

443.8158

465.5004

e=

18

P, МПа

2.291647

2.404744

2.523423

2.64796

2.778642

2.915773

3.059673

T, К

350.82

368.1337

386.3019

405.3666

425.3723

446.3653

468.3943

P=

0.2

МПа

Т0=

248

К

 

e=

15

P, МПа

3.736756

3.909275

4.089759

4.278576

4.47611

4.682765

4.898959

T, К

686.4559

718.1483

751.3039

785.9903

822.2781

860.2412

899.957

e=

16

P, МПа

4.016862

4.206836

4.405794

4.614162

4.832385

5.060929

5.300281

T, К

691.7929

724.5106

758.7757

794.6613

832.2441

871.6044

912.8261

e=

17.5

P, МПа

4.440942

4.657924

4.885508

5.124211

5.374577

5.637176

5.912606

T, К

699.2722

733.4382

769.2736

806.8599

846.2827

887.6316

931.0008

e=

18

P, МПа

4.583294

4.809489

5.046847

5.295919

5.557283

5.831547

6.119345

T, К

701.6401

736.2674

772.6037

810.7333

850.7446

892.7306

936.7887

P=

0.3

МПа

Т0=

248

К

 

e=

15

P, МПа

5.605134

5.863913

6.134639

6.417864

6.714166

7.024147

7.348439

T, К

1029.684

1077.222

1126.956

1178.985

1233.417

1290.362

1349.935

e=

16

P, МПа

6.025293

6.310254

6.608691

6.921244

7.248578

7.591393

7.950421

T, К

1037.689

1086.766

1138.164

1191.992

1248.366

1307.407

1369.239

e=

17.5

P, МПа

6.661413

6.986886

7.328262

7.686317

8.061866

8.455765

8.868909

T, К

1048.908

1100.157

1153.91

1210.29

1269.424

1331.447

1396.501

e=

18

P, МПа

6.874941

7.214233

7.57027

7.943879

8.335925

8.74732

9.179018

T, К

1052.46

1104.401

1158.906

1216.1

1276.117

1339.096

1405.183


Рисунок 2.2.1 - Зависимость температуры конца сжатия от давления на впуске и числа оборотов коленчатого вала во время пуска двигателя.

Таблица 2.2.2 - Давление и температура конца пуска в зависимости от начального давления, числа оборотов, угла опережения впрыска топлива и угла запаздывания закрытия впускного клапана после НМТ

eг=

17.5



0.3

Т0=

248

К

 

100

150

200

250

300

350

400

1.12

1.1366667

1.1533333

1.17

1.1866667

1.2033333

1.22

 

 

P=

0.1

МПа

 

 

 



15

=

60

e=

9.1252166

P, МПа

1.0708161

1.1110125

1.1527177

1.1959886

1.2408837

1.2874641

1.3357931

T, К

323.35595

335.49412

348.08793

361.15449

374.71155

388.7775

403.37147



10

=

40

e=

12.951916

P, МПа

1.5850998

1.6542286

1.7263722

1.801662

1.8802354

1.9622355

2.0478117

T, К

337.23432

351.94165

367.29039

383.30851

400.02521

417.47096

435.67754



7

=

36

e=

14.350607

P, МПа

1.7780224

1.8587389

1.9431198

2.0313312

2.1235472

2.2199494

2.3207281

T, К

341.4099

356.90882

373.11135

390.04941

407.75641

426.26725

445.61843



5

=

20

e=

16.196966

P, МПа

2.0361427

2.1328752

2.2342032

2.3403451

2.4515295

2.5679961

2.6899957

T, К

346.40466

362.86155

380.10027

398.15796

417.07353

436.88774

457.64328



0

=

0

e=

17.5

P, МПа

2.2204711

2.3289621

2.442754

2.5621056

2.6872887

2.8185882

2.9563029

T, К

349.63608

366.71911

384.63681

403.42996

423.14133

443.81579

465.50039

 

 

P=

0.2

МПа

 

 



15

=

60

e=

9.1252166

P, МПа

2.1416321

2.2220249

2.3054355

2.3919772

2.4817674

2.5749283

2.6715862

T, К

646.71191

670.98824

696.17587

722.30899

749.42309

777.55501

806.74295



10

=

40

e=

12.951916

P, МПа

3.1701997

3.3084572

3.4527443

3.6033241

3.7604708

3.924471

4.0956235

T, К

674.46864

703.8833

734.58078

766.61703

800.05043

834.94191

871.35507



7

=

36

E=

14.350607

P, МПа

3.5560448

3.7174779

3.8862395

4.0626624

4.2470943

4.4398989

4.6414561

T, К

682.81981

713.81765

746.22269

780.09883

815.51283

852.53451

891.23686



5

=

20

e=

16.196966

P, МПа

4.0722855

4.2657504

4.4684065

4.6806902

4.9030591

5.1359922

5.3799914

T, К

692.80931

725.7231

760.20054

796.31592

834.14707

873.77549

915.28656



0

=

0

e=

17.5

P, МПа

4.4409422

4.6579242

4.8855079

5.1242112

5.3745774

5.6371764

5.9126058

T, К

699.27217

733.43823

769.27363

806.85992

846.28267

887.63158

931.00079

 

 

P=

0.3

МПа

 

 

 



15

=

60

e=

9.1252166

P, МПа

3.2124482

3.3330374

3.4581532

3.5879657

3.7226512

3.8623924

4.0073793

T, К

970.06786

1006.4824

1044.2638

1083.4635

1124.1346

1166.3325

1210.1144



10

=

40

e=

12.951916

P, МПа

4.7552995

4.9626858

5.1791165

5.4049861

5.6407062

5.8867065

6.1434352

T, К

1011.703

1055.8249

1101.8712

1149.9255

1200.0756

1252.4129

1307.0326



7

=

36

e=

14.350607

P, МПа

5.3340672

5.5762168

5.8293593

6.0939936

6.3706415

6.6598483

6.9621842

T, К

1024.2297

1070.7265

1119.334

1170.1482

1223.2692

1278.8018

1336.8553



5

=

20

e=

16.196966

P, МПа

6.1084282

6.3986257

6.7026097

7.0210353

7.3545886

7.7039883

8.0699871

T, К

1039.214

1088.5846

1140.3008

1194.4739

1251.2206

1310.6632

1372.9298



0

=

0

e=

17.5

P, МПа

6.6614133

6.9868864

7.3282619

7.6863168

8.0618661

8.4557646

8.8689087

T, К

1048.9083

1100.1573

1153.9104

1210.2899

1269.424

1331.4474

1396.5012


Рисунок 2.2.2 - Зависимость температуры конца сжатия от давления на впуске и числа оборотов коленчатого вала во время пуска двигателя

Из таблиц 2.2.1 и 2.2.2 видно, что оптимальное давление впуска (наддува) 0,2 МПа. Объем воздуха с этим давлением можно найти из уравнения:

P1·V1=P2·V2


где: P1=0,7 МПа; V1=120 л, P2=0,2 МПа.

 л

Расход воздуха при пуске рассчитывается по формуле:


где: Vц - объем цилиндра; i - число цилиндров; n - число оборотов коленчатого вала при пуске; tп - время пуска (по нормативам tп=15 с=0,25 мин).

Скорость воздуха в сечениях подключения «наддува» к впускному коллектору во время пуска двигателя можно найти по следующим уравнениям:

S·v·t=V

где: V - объем воздуха проходящего через сечение трубопровода за весь цикл пуска;

v - скорость потока воздуха; t - время пуска; S - площадь поперечного сечения трубопровода.


где: d - диаметр трубопровода.


Результаты расчетов расходов воздуха в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и скоростей потока воздуха в зависимости от сечения трубопровода приведены в таблице 2.2.3 и рисунке 2.2.3.

Таблица 2.2.3 - расход воздуха при пуске двигателя ЯМЗ-534 в зависимости от числа оборотов коленчатого вала при пуске и скорости потока воздуха при различных диаметрах трубопровода

Vц=

1

л

i=

4

tп=

0.25

мин

n (об/мин)

100

150

200

250

300

350

400

Vв(л)

50

75

100

125

150

175

200

V(м3)

0.05

0.075

0.1

0.125

0.15

0.175

0.2

 

d=

0.005

м

tп=

15

с

 

v(м/с)

169.77

254.65

339.53

424.41

509.30

594.18

679.06

 

d=

0.0075

м

tп=

15

с

 

v(м/с)

75.45

113.18

150.90

188.63

226.35

264.08

301.80

 

d=

0.01

м

tп=

15

с

 

v(м/с)

42.44

63.66

84.88

106.10

127.32

148.54

169.77

 

0.02

м

tп=

15

с

 

v(м/с)

10.61

15.92

21.22

26.53

31.83

37.14

42.44

 

d=

0.03

м

tп=

15

с

 

v(м/с)

4.72

7.07

9.43

11.79

14.15

16.50

18.86


Рисунок 2.2.3 - Расход воздуха при пуске и скорости потока воздуха при различных диаметрах трубопровода

Как следует из результатов расчетов, оптимальным является значение диаметра трубопровода 20 мм. При таком диаметре трубопровода его можно подключить к двигателю, используя отверстие для установки электрофакельной свечи.

двигатель маховик электростартерный пуск

Вывод: как видно из приведенных графиков, повышение давления на впуске ведет к повышению температуры конца сжатия, что благотворно сказывается на испарении и воспламенении топлива в цилиндрах. Из этих же графиков видно, что температура конца сжатия существенно зависит и от частоты вращения коленчатого вала во время пуска двигателя. При температуре окружающего воздуха -250С некоторые сорта масел застывают, увеличивая момент сопротивления провертыванию коленчатого вала, что приводит к уменьшению частоты вращения его при пуске. Поэтому необходим подбор нужной марки моторного масла

2.4     Определение влияния масел на пусковые качества двигателя ЯМЗ-534

 

2.4.1  Цель испытаний

Определить влияние масел с различными вязкостно-температурными характеристиками на частоту провертывания двигателя от электропусковой системы (ЭПС).

2.4.2  Объект испытаний

 

2.4.2.1         Двигатель ЯМЗ-2Э460 №6 собранный и отрегулированный согласно ДПП -2Э460.10 и Т.Т. 5.133.-99

 

2.4.2.2         Моторные масла:

-BP Vanellus C3 Extra SAE 15W-40

BP Vanellus FE Extra SAE 10W-40

BP Vanellus DI SAE 5W-40

М-8-Г2(к)

2.4.2.3         Стартер фирмы ISKRA AZJ 3542 №1

 

2.4.2.4         Аккумуляторные батареи 6-СТ-88

 

2.4.3  Условия и метод испытаний

 

2.4.3.1         Испытания проводили в камере холода экспериментального цеха ОАО "Автодизель"

 

2.4.3.2         Подготовку двигателя к испытаниям проводили в соответствии с программой- методикой 236М-1000410ПМ2

 

2.4.3.3         При испытаниях использовали следующие эксплуатационные материалы:

-в системе смазки всесезонные и зимнее моторное масла:

-BP Vanellus C3 Extra SAE 15W-40;

BP Vanellus FE Extra SAE 10W-40;

BP Vanellus DI SAE 5W-40.

-М-8-Г2(к).

в системе питания- дизельное топливо з-0,2 минус 35 по ГОСТ 305-82;

в системе охлаждения- тосол А 40М.

2.4.3.4         Для контроля теплового состояния двигателя использовали хромель-копелевые термопары, работающие в комплекте с потенциометром КВП1-503. Термопары были установлены в масляном поддоне, в системе охлаждения, во впускном трубопроводе, в электролите аккумуляторных батарей

 

2.4.3.5         Частоту провертывания и токи в цепи ЭПС для каждого варианта ЭПС определяли при температуре минус 10; 15; 20; 25 ; 30°С.

2.4.3.6         Аккумуляторные батареи 2´6СТ-88 готовили на 75% для каждой серии опытов

 

2.4.3.7         В процессе испытаний фиксировали следующие параметры

-частоту вращения коленчатого вала, мин-1;

ток стартера, А;

напряжение на аккумуляторных батареях, В;

температуру двигателя, °С;

2.4.4  Порядок испытаний

 

2.4.4.1         Подготовка двигателя.

 

2.4.4.2         Подготовка аккумуляторных батарей

 

2.4.4.3         Определение частоты провертывания коленчатого вала и тока в цепи ЭПС от стартера фирмы ISKRA AZJ 3542, аккумуляторных батарей 6СТ-88

 

2.4.4.4         Контрольные пуски

 

2.4.5  Результаты испытаний

В таблице 5.1 приведены результаты прокруток двигателя ЯМЗ-2Э460 № 6 от ЭПС в составе аккумуляторные батареи 2´6 СТ-88 с 75 % степенью заряженности и стартер AZJ ISKRA 3542 №1 на моторных маслах 5W-40, 10W-40, 15W-40, М-8-Г2(к). По этим данным на рисунке 5.1 построены зависимости частоты провертывания и тока стартера от температуры. Из графика и таблицы видно, что наилучшими пусковыми качествами обладают загущенные масла с пологой вязкостно-температурной характеристикой. При этом преимущество по частоте провертывания и токовым нагрузкам возрастает по мере снижения температуры. Наиболее лучшим, по пусковым качествам является масло 5W-40, так при температуре минус 10 ºС преимущество по частоте вращения перед маслом М-8-Г2(к) составляет 29 мин-1 по силе тока 40 А, при температуре минус 20 ºС преимущество по частоте вращения составляет 63 мин-1 по силе тока 91А. При более низкой температуре ЭПС не в состоянии прокручивать двигатель в системе смазки которого используется масло М-8-Г2(к), на масле 5W-40 можно пустить двигатель с применением ЭФУ до минус 27 ºС (минимальные пусковые обороты двигателя с применением ЭФУ приблизительно равны 60 мин-1). Эксплуатационные свойства по пусковым качествам остальных масел находятся в интервале между маслами 5W-40 и М-8-Г2(к).

Таблица 5.1 - Прокрутки двигателя ЯМЗ-2Э 460 № 6 от ЭПС в составе аккумуляторные батареи 2×6СТ-88 и стартер AZJ ISKRA 3542 при использовании в системе смазки различных масел

Моторное масло

Температура двигателя и аккумуляторных батарей, ºС.

Частота провертывания коленчатого вала, мин-1

Ток стартера, А

5W-40

-10

181

245


-15

163

285


-20

123

339


-25

74

400


-30

26

490

10W-40

-10

167

260


-15

138

311


-20

106

361


-25

56

431


-30

10

512

15W-40 15W-40

-10

159

280


-15

125

331


-20

81

375


-25

32

450

М-8-Г2(к)

-10

152

285


-15

121

345


-20

60

430


Рисунок 5.1 - Прокрутки двигателя ЯМЗ-2Э 460 № 6 от ЭПС в составе аккумуляторные батареи 2×6СТ-88 и стартер AZJ ISKRA 3542 при использовании в системе смазки различных масел

2.4.6  Выводы

Моторные масла с более пологой вязкостно-температурной характеристикой при низких температурах имеют значительное преимущество и обеспечивают предельную температуру пуска двигателя на 5-7 ºС ниже по сравнению с зимним маслом класса вязкости -8. Кроме того во всем диапазоне температур частота провертывания на загущенных маслах выше а токовые нагрузки ниже. Наилучшим маслом по пусковым качествам из испытуемых является масло 5W-40.

2.5     Функциональная схема и принцип работы пускового наддув

 

2.5.1  Описание работы наддува.

Для осуществления наддува с целью увеличения давления впускного воздуха, к впускному коллектору через отверстие для присоединения электрофакельной свечи, подсоединяется воздуховод, подводящий сжатый воздух под давление 0,2 МПа из тормозной системы автомобиля. Для предотвращения выхода воздуха через впускной тракт захлопывается аварийная воздушная заслонка, при этом питание двигателя воздухом осуществляется только из тормозной системы автомобиля.

Когда двигатель запустится, автоматика взведет аварийную заслонку, переведя двигатель на питание воздухом из окружающей среды, и перекроет воздух, поступающий из тормозной системы.

2.5.2  Пуск

При повороте ключа в положение II включается блок микропроцессорного управления работой двигателя. С помощью датчиков он измеряет температуру окружающей среды давление в ресивере тормозной системы. Если температура воздуха ниже нуля градусов Цельсия, а давление в ресивере составляет не менее 0,35 МПа (чего хватит на одну попытку), то микропроцессор начинает готовить двигатель к запуску:

1. Производит закрытие аварийной заслонки;

2. Открывает подачу воздуха во впускной коллектор;

3. Дает сигнал водителю об условиях пуска и о готовности к нему.

При повороте ключа в положение III блок микропроцессорного управления начинает запуск двигателя:

1. Начинается проворачивание коленчатого вала двигателя;

2. Осуществляется контроль числа оборотов коленчатого вала, контроль вспышек в цилиндрах.

При установившемся рабочем режиме двигателя блок микропроцессорного управления переводит двигатель на питание воздухом из атмосферы и отключает подачу воздуха из тормозной системы двигателя.

Данная система устраняет проблему, связанную с тем, что при пуске двигателя не работает турбокомпрессор. При этом давление на впуске существенно ниже давления на рабочих режимах работы двигателя, что при низких температурах затрудняет пуск двигателя.

Рисунок 2.5.1 - Функциональная схема пускового наддува

2.6     Сравнение устройств облегчения пуска


Устройство

Достоинства

Недостатки

ЭФУ

Повышение температуры воздуха на впуске.

Затруднен контроль. Ненадежность работы. Наличие специфических конструкционных элементов.

ЛВЖ

Повышение воспламеняемости топливовоздушной смеси в цилиндре.

Увеличение номенклатуры расходных материалов.  Наличие специфических конструкционных элементов.

Пусковой наддув

Нет затрат на расходные материалы (топливо или пусковые жидкости).

Некоторое повышение момента сопротивления прокручиванию из-за повышения давления в цилиндрах.

Пусковой наддув с декомпрессором

Устраняет проблему пускового наддува. Система облегчения пуска приобретает функцию системы запуска вообще, при одновременном снижении ее энергонасыщенности.  Широкие возможности применения электроники.

Некоторое усложнение конструкции. Необходимость применения электронного управления.


Предложено использовать с целью повышения надежности пуска -пусковой наддув. Разработана схема реализации пускового наддува применительно к двигателю. Проанализированы основные параметры определяющие запуск в условиях пускового наддува без декомпрессора. Предложен качественно новый подход к проблеме запуска, охватывающий не только специфические условия зимнего пуска, и предполагающий снижение энергонасыщенности процесса пуска вообще, на основе сочетания пускового наддува с декомпрессором.

3        ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОБОДА МАХОВИКА


3.1     Назначение детали


Обод зубчатый маховика предназначен для передачи вращательного движения от стартера на маховик двигателя при пуске двигателя.

3.2     Оценка технологичности обода маховика


Обод зубчатый маховика массой 3.57 кг. Масса заготовки 4.32 кг, программа выпуска 100000 шт./год. Трудоемкость механической обработки аналоговой детали 0.86 чел.-ч, ее масса 5.92 кг, годовая программа выпуска 30000 шт./год, Кта=0.89, Кша=0.95.

Расчет производится методом учета сложности конструкции изделия.

Результаты анализа конструкции сведен в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование

Количество поверхностей

Количество унифицированных поверхностей

Квалитет точности

Параметры шероховатости Ra, мкм

Внешняя часть обода зубчатого маховика

1

-

11

10

Боковые поверхности

2

2

13

10

Внутренняя часть зубчатого маховика

1

-

8

5

Фаска

2

-

11

20

Поверхности:


а) Зубья

93

93

9

5

б) фаска боковая

1

1

14

10

в) фаска

93

93

14

10


Средний квалитет точности

Аср=(5·n5+6·n6+…+14·n14)/=(8·1+9·93+11·3+13·2+14·94)/193=11.5

ni - количество поверхностей соответствуюцего квалитета;

mi - количество групп поверхностей равных квалитетов.

Средняя шероховатость:

Бср=(0,01·n1+0,02·n2+…+80·n14)/=(5·94+10·97+20·2)/193=7.7 мкм

Кш, Кт - коэффициенты, показывающие изменение трудоемкости в зависимости от изменения требований, соответственно по шероховатости и точности размера.

Кш=0.973; Кт=0.95 ( сборник табл. 1.3)

Те же параметры аналога Кша=0.95; Кта=0.89

Коэффициент сложности:

Ксл=Кш·Кт;

Ксл=0.95·0.973=0.924

Ксл=0.89·0.95=0.845

Трудокмкость изделия:

Ти=0.86·0.924/0.845=0.94

Км=(3.57/5.92)2/3=0.71

Ти=0.94·0.71=0.68

По этому показателю деталь является технологичной.

Коэффициент использования материала:

Ким=mд/mз=3.57/4.32=0.826

Конструкция по этому показателю технологична.

3.3     Обоснование маршрута технологического процесса обработки обода маховика


Маховик изготавливается из стали 45 по ГОСТ 1050-88 С 0,42…0,47%. Заготовкой служит поковка. Обод относится к деталям типа кольца. У таких деталей при обработке наружных поверхностей внутренние являются базовыми и наоборот. Поэтому принцип постоянства баз является неполным.

Технологический маршрут обработки обода маховика представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Маршрутный технологический процесс обработки обода маховика

Номер операции

Наименование и краткое содержание операции

Технологическая база

Станок


Токарная. Точить торец выдерживая размер  (20-0,52) мм.

Второй торец, внутренняя поверхность.

Специальный токарный полуавтомат 1А73ЧН046


Токарная. Точить наружную поверхность и фаску, выдерживая размеры (Æ403,75-0,44) мм, (0,2…0,5) мм.

Торец, внутренняя поверхность.

Специальный токарный полуавтомат 1А73ЧН046


Токарная. Точить торец и фаску, выдерживая размеры (18-0,33) мм, (2±0,8) мм.

Второй торец, наружная поверхнось.

Токарный полуавтомат 1А73ЧН047


Токарная.  Расточить отверстие и фаску, выдерживая размеры (Æ353+0,12) мм, (2±0,8) мм.

Торец, наружная поверхнось.

Токарный полуавтомат 1А73ЧН047


Зубофрезеровальная Фрезеровать зуб Z=93; m=4.25

Торец, внутренняя поверхнось.

Зубофрезерный 53А80


Зубофрезеровальная Фрезеровать скос зуба, выдерживая размеры (2 max) мм; (0±0.4) мм;  (0.9 max) мм; (5.4 max) мм.

Торец, внутренняя поверхнось.

Зубофрезерный 53А80Н


Слесарная Притупить острые кромки, снять заусенцы.


Слесарный верстак


Промывка. Промыть деталь и высушить воздухом. Подать детали на контроль.


Моечная машина


Операционный контроль. Проверить (Æ353-0,12) мм.


Стол контролера


Маркирование. Маркировать товарный знак.




Термическая. Закалка ТВЧ - поверхности зубьев, заправленные кромки, торцы зубьев со стороны заправки, твердость ³ 48 HRC




Термическая. Отпустить 40…50 HRC.




Приемочный контроль


Стол контролера


Укладывание. Уложить деталь в тару.




3.4     Расчет и определение припусков и допусков на механическую обработку


Отверстие диаметром Æ353+0,11 мм и шероховатостью Ra - 5 мкм необходимо расточить в ободе маховика.

Размер Æ353+0,11 мм соответствует 8-му квалитету точности по значению допуска [6, c. 104] . Восьмого квалитета точности можно добиться с помощью тонкого растачивания. Качество поверхности поковки - 14 квалитет, Rz=200 мкм

Таблица 3

Технологические переходы

Элементы припуска, мкм

2Zmin, мкм

Расчетный размер, мм

d, мкм

Предельный размер, мм

Предельные значения, мкм


Rz

Т

r

e




dmin

dmax

Zmin

Zmax

Заготовка Растачивание: Черновое Чистовое Тонкое

400  50 25,2 12,8

250  50 25 10

943  57

-  40

-  3186 339 100

349,485   352,671 353,01 353,11

4300  890 230 57

345,185  351,781 352,78 353,053

349,485   352,671 353,01 353,11

  3186 339 100

  6596 999 273


Величина пространственных отклонений rз заготовки


Где rэкс=800 мкм - эксцентричность отверстия

rсм=500 мкм - смещение отверстия в поковке

Тогда

После чернового растачивания

r1=ку×rз=0,06×943=57 мкм

ку - коэффициент уточнения

Погрешность установки заготовки в приспособлениях eу определяем из при черновом растачивании eу=40 мкм

Так как деталь симметрична, то расчетная формула минимального припуска

На тонкое растачивание


На чистовое растачивание


На черновое растачивание


Графу расчетный размер заполняем, начиная с конечного, т.е. 353,11 мм

Dp1=353,11-0,1=353,01 мм

Dp2=353,01-0,339=352,671 мм

Dp3=352,671-3,186=349,485 мм

Dmax в данном случае равна Dp.

3.5     Расчет режимов резания и норм штучного времени


Расчет режима резания при черновом растачивании внутренней поверхности.

Исходные данные: d = 352,226 мм; Lрез = 18 мм.

Так как это черновая обработка, то глубину резания t назначаем 5 мм. Для растачивания используем резец из быстрорежущего сплава.

1.       Длина рабочего хода суппорта: Lр.х. = Lрез + y + Lдоп

Lр.х. =27+11+0=38 мм [5, с.300].

2.       Подача суппорта на оборот шпинделя: по [5, с.25] S0 = 0,4 мм/об.

3.       Т - среднее значение стойкости инструмента, Т=47 мин [5, с.26].

.        Скорость резания при растачивании по[5, с.29], u = uтабл · К1 ·К2 · К3

Коэффициенты uтабл =30 м/мин, К1=1,0, К2=1,3, К3=0,85 приняты по [5, с.32], где

К1 - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

К2 - коэффициент, зависящий от стойкости и марки твердого сплава;

К3 - коэффициент, зависящий от вида обработки.

Тогда скорость резания J = 30 · 1,0 ·1,15 · 1,0=34,5 м/мин.

5.       Число оборотов шпиндельного станка:

 =31 об/мин. [5, с.14]

6.       Расчет основного машинного времени обработки

tм===3,06мин.

7.      
Определение сил резания

Рz = Ртабл · К1 · К2 по [5, с.35].

Ртабл=500 кг; К1=0,9, К2=1,0

Где К1 - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

К2 - коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла при точении сталей твердосплавным инструментом.

Рz = 500 · 0,9 · 1 = 450 кг

8.       Расчет мощности резания

=2,5 кВт

9.       Расчетная мощность станка

кВт

Где: h=0,8 - КПД станка.

Мощность станка паспортная (Nст п=11,2 кВт) больше мощности станка расчетной (Nст р=3,125 кВт), следовательно токарный станок полуавтомат 1А73ЧН047 подходит для выполнения этой операции.

10.     Определение основного времени резания при растачивании:

мин.

Расчет режима резания при черновом точении торца.

Исходные данные: d = 416,3 Lрез = 34,65 мм.

Так как это черновая обработка, то глубину резания t назначаем 2 мм. Для точения используем резец из быстрорежущего сплава.

1.       Длина рабочего хода суппорта: Lр.х. = Lрез + y + Lдоп

Lр.х. =34,65+3+0=37,65 мм [5, с.300].

2.       Подача суппорта на оборот шпинделя: по [5, с.25] S0 = 0,6 мм/об.

3.       Т - среднее значение стойкости инструмента, Т=100 мин [5, с.26].

.        Скорость резания при растачивании по[5, с.29], u = uтабл · К1 ·К2 · К3

Коэффициенты uтабл =26 м/мин, К1=1,0, К2=1,0, К3=1,05 приняты по [5, с.32], где

К1 - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

К2 - коэффициент, зависящий от стойкости и марки твердого сплава;

К3 - коэффициент, зависящий от вида обработки.

5.       Число оборотов шпиндельного станка:

 =20,87 об/мин.

6.       Расчет основного машинного времени обработки

tм===3,01 мин

7.       Определение сил резания

Рz = Ртабл · К1 · К2 по

Ртабл=270 кг; К1=0,9, К2=1,0

Где К1 - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

К2 - коэффициент, зависящий от скорости резания и переднего угла при точении сталей твердосплавным инструментом.

Рz = 60 · 0,9 · 1 = 243 кг

8.       Расчет мощности резания

=1,08 кВт

9.       Расчетная мощность станка

кВт

Где: h=0,8 - КПД станка.

Мощность станка паспортная (Nст п=11,2 кВт) больше мощности станка расчетной (Nст р=1,35 кВт), следовательно токарный станок полуавтомат 1А73ЧН047 подходит для выполнения этой операции.

10.     Определение основного времени резания при растачивании:

мин.

Вывод

Таким образом, произведена оценка технологичности, разработан маршрут механической обработки обода маховика, подобрано оборудование, рассчитаны нормы основного времени резания.

4        ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

4.1     Общая часть

 

4.1.1  Обоснование проектирования

Обоснование необходимости создания того или иного двигателя проводят в основном на стадии разработки типажа. При этом используют методы научного прогнозирования с учетом потребностей отдельных отраслей народного хозяйства в том или ином двигателе. После принятия решения о целесообразности создания двигателя, проводят научное исследование двигателя в области рабочего процесса, конструктивных цен, применяемых материалов и т.д. для обеспечения высоких технико-экономических показателей будущего двигателя и выполнения им действующих и перспективных норм по экологичности двигателя ЕЭК ООН.

В техническом задании на создание нового двигателя определяется:

·   назначение двигателя

·        его основные конструктивные размеры (диаметр и число цилиндра)

·        материалы доступные для использования при создании этого класса двигателей

·        существующие эксплуатационные материалы

·        масштабы производства

·        заданный моторесурс

·        пусковые качества

·        данные о действующих и перспективных нормах по экологичности двигателя ЕЭК ООН

·        данные о достигнутых удельных показателях экономичности и мощности.

4.1.2  Содержание модернизации

Модернизация заключается в том, что на двигатель ЯМЗ-534 для обеспечения пуска двигателя при пониженных температурах вместо электрофакельного устройства устанавливается принципиально новая система для пускового наддува двигателя сжатым воздухом из тормозной системы автомобиля.

4.1.3  Общие положения экономической эффективности

1)      Степень рациональности новой или модернизированной конструкции двигателя определяется ее новизной, техническим совершенством и экономической эффективностью.

Определение экономической эффективности на стадии конструирования двигателя необходимо для экономической оценки принимаемых технических решений, выбора наилучших параметров. При расчетах экономической эффективности необходимо исходить из народнохозяйственных интересов. Расчеты должны носить комплексный характер, в которых двигатель рассматривается и как объект производства, и как объект эксплуатации.

Среди показателей, характеризующих двигатель как объект производства, следует отметить: материалоемкость, трудоемкость, себестоимость, оптовая цена, капитальные вложения в производство.

Показателями, характеризующими двигатель в сфере эксплуатации, являются: мощность, производительность транспортных средств, на которые он устанавливается, затраты на эксплуатацию, необходимые капитальные вложения, связанные с приобретением.

2)      Оценка экономической эффективности конструкции двигателя должна производится согласно «Методике определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» и «Методических указаний по определению экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в автомобильной промышленности».

Согласно названных методик решение о целесообразности создания и внедрения новой или модернизированной конструкции двигателя принимается на основе экономического эффекта, определяемого на годовой объем производства новой конструкции.

4.2     Аналитическая часть

 

4.2.1  Выбор базы для сравнения

При экономическом обосновании новой конструкции определяется сравнительная народнохозяйственная эффективность по сравнению с действующей конструкцией. При этом величина экономического эффекта зависит от варианта, выбранного для сравнения.

Таким образом, выбор базы для сравнения имеет важное значение. Потребность в сопоставлении варианта двигателя возникает в нескольких случаях:

·  производится модернизация;

·        изменяются потребительские свойства по сравнению с действующим образцом;

·        создается принципиально новая конструкция;

Различные варианты конструкции двигателя функционально однородные изделия, предназначенные для выполнения одинаковой работы, благодаря чему есть возможность сопоставлять их друг с другом как конструктивно подобные.

В качестве базы для сравнения является двигатель ЯМЗ-534, на основе которого производится модернизация.

Двигатель ЯМЗ-534

Двигатель проектируемый

Ne=118 кВТ i=4 ge=206 г/кВт×ч ЭФУ

Ne=118 кВт i=4 ge=206 г/кВт×ч пусковой наддув

Одновременно с этим мы учитываем, что проектируемый двигатель, как и базовый, устанавливается на те же модели транспортного средства.

4.2.2  Обоснование метода определения себестоимости

Основными технико-экономическими показателями, характеризующими двигатель в сфере производства, являются: оптовая цена, себестоимость и капитальные вложения.

Рассмотрим некоторые методы определения себестоимости и ее составляющих:

1)      Метод структурной аналогии.

Для определения себестоимости этот метод используется в том случае, когда есть аналогичные изделия и известная структура себестоимости их изготовления.

Себестоимость проектируемого двигателя рассчитывается по формуле


Где Сн - себестоимость проектируемого двигателя, руб;

Аi - величина i-го элемента затрат для проектируемого двигателя (получена в результате расчета), руб;

аi - удельный вес i-го элемента затрат в себестоимости в %.

2)      Расчет по удельным показателям.

Укрупненный расчет себестоимости изготовления может базироваться на статистических данных удельной себестоимости единицы веса или мощности.

Сп=Су×Gп

Где Сп - примерная себестоимость изготовления проектируемого двигателя, руб;

Су - удельная себестоимость, руб/кг;

Gп - расчетный вес двигателя, кг;

3)      Агрегатный метод.

Часто новая конструкция двигателя отличается от существующих несколькими узлами и деталями. В этом случае при прогнозировании себестоимости проектируемого двигателя можно воспользоваться агрегатным методом.

Сп=Сб±SСизм

Где Сп - себестоимость изготовления проектируемого двигателя, руб;

Сб - себестоимость базового двигателя, руб;

SСизм - себестоимость агрегатов установленных (снятых) с двигателя, руб;

4.3     Расчетная часть

 

4.3.1  Расчет себестоимости и цены двигателя

Для определения себестоимости двигателя воспользуемся агрегатным методом. Известно что цена базового двигателя

ЯМЗ-534 Цб =120000 руб.

тогда себестоимость базового двигателе

Сб дв. = Цб/(1+Р)/(1+НДС)=118000/1,15×1,18=87000 руб.

Цена покупаемой системы ЭФУ: комплект трубок с электромагнитным клапаном - 262.50 р.+ свеча ЭФУ - 150 р. = 412.50 руб., комплекта системы пускового наддува: шланг подвода воздуха - 120 р. + электропневмоклапан - 480 р. + штуцер - 50 р. =650 р.

Поэтому себестоимость базового двигателя без комплекта ЭФУ:

С б дв =87000-412.50= 86587.50 руб

Тогда себестоимость проектируемого двигателя

С пр. дв =86587.50+650= 87237.50 руб

Цена двигателя должна быть экономически обоснованной, т.е. определена применительно к уровню действующих цен с учетом экономических обоснованных затрат на производство и эффективность применения в народном хозяйстве.

Цдв.=С×(1+Р)×(1+НДС)

Цена проектированного двигателя:

Цпр дв.=87237.50×(1+0,15)×(1+0,18)= 118381,29 руб

4.3.2  Расчет производительности транспортных средств

Годовая производительность пассажирского автобуса в человеко километрах рассчитывается на основе данных взятых по «Маршрутным такси» города Ярославля

W=Lгод×q×g×b

Где: Lгод - годовой пробег, км;- полная вместимость автобуса, чел;

g - коэффициент использования вместимости;

b - коэффициент использования пробега;

Годовой пробег определяется:

Lгод =Дг×aн× Тн×Jэ

Где: Дг = 365 - дней в году.

aн=0,75

Тн=12 ч в наряде

Jэ=30 км/ч - эксплуатационная скорость.

Таким образом:

= 40 чел;

g = 0,75;

b =0,65;

Lгод =365×0,75×12×30=98550 км=98550×40×0,75×0,65= 1921725 чел×км/год

4.3.3  Расчет эксплуатационных расходов

 

4.3.3.1         Затраты на топливо

Затраты на топливо, руб/км рассчитываются исходя из норм расхода по формуле

Зт=0,01×aт×ст.

Где: aт - расход топлива, л/100 км.

ст - стоимость топлива согласно прейскуранту оптовых цен, руб/л.

aт=(Кз+К-1)×а0

Где: Кз=1,042 - коэффициент, учитывающий надбавку в расходе топлива на зимний период

К=1 - коэффициент, учитывающий надбавку или снижение расхода топлива в зависимости от вида перевозок.

а0.б.=17 л/100 км - линейная норма расхода топлива с учетом затрат на ЭФУ.

а0.пр.=16.5 л/100 км - линейная норма расхода топлива с учетом экономии топлива при пуске.

Получаем

т б=(1,042+1-1)×17=17.714 л/100 кмт пр=(1,042+1-1)×16.5=17.193 л/100 км

Зтб=0,01×17,714×9=1,59 руб./км.

Зтбпр=0,01×17,193×9=1,55 руб./км

4.3.3.2         Затраты на смазочные материалы

Затраты на смазочные материалы определяются по формуле

Зсм=

где  - соответственно норма расхода масла для двигателя, трансмиссионного масла (л/100 л топлива) и консистентной смазки (кг/100 л топлива)

Nд.б. =0,2 л/100 л топлива

Nд.пр. =0,2 л/100 л топлива

Nт.б. = 0,8 л/100 л топлива

Nт.пр. =0,8 л/100 л топлива

Nс.б. =0,6 кг/100 л топлива

Nс.пр. = 0,6 кг/100 л топлива

Цд = 13,25 руб/кг

Цт = 17,5 руб/кг

Цс = 50 руб/кг

По формуле

Зсм.б. = руб/км

Зсм.пр.= руб/км

4.3.4  Амортизационные отчисления

Амортизационные отчисления на капитальный ремонт

За = 10-3× Ца × Nа

где Ца - цена автомобиля, руб;

Nа - норма амортизационных отчислений на капитальный ремонт, % на тыс. км.

Ца.б. =738000 р.

Ца.пр. =738520 р.

Nа=0.2 %

По формуле

За.б.= 10-3× 738000 × 0.002=1,476 руб/км

За.пр.= 10-3× 738520 × 0.002=1,477 руб/км

4.3.5  Расчет годовой экономии текущих расходов в расчете на один новый двигатель

Годовая экономия эксплуатационных затрат у потребителя в расчете на новый двигатель рассчитывается по формуле:

Рэ=(Sб-Sпр)×W

где Sб,Sпр - себестоимость перевозки пассажира на 1 км для базового и проектируемого двигателя;


где åЗ - сумма затрат в эксплуатации, руб/км.

åЗб =1,59+0,083+1,476=3,15 руб/км

åЗпр=1,55+0,080+1,477=3,11 руб/км

по формуле:

Sб=

Sпр=

Рэ =(0,162-0,159)× 1921725= 5765,18 руб

4.4     Расчет экологического ущерба

 

4.4.1  Особенности оценки экономической эффективности затрат на охрану окружающей среды

В основе расчетов лежат основные положения и единые принципы экономической эффективности капитальных вложений. Выбор наилучшего варианта средозащитного мероприятия должен исходить из следующих соображений:

отбираются варианты, удовлетворяющие социальным стандартам, экологическим требованиям. При этом рассматриваются варианты наиболее прогрессивные , технико-экономические показатели, которых превосходят или соответствуют лучшим мировым стандартам;

по каждому варианту определяются затраты, результаты и экономический эффект с учетом динамики;

лучшим признается вариант, у которого величина экономического эффекта максимальна или затраты на достижение адекватного результата - минимальны.

Экономический эффект рассчитывается за расчетный период;

Зт - стоимостная оценка затрат на осуществление мероприятия за расчетный период.

Затраты на реализацию мероприятий за расчетный период включают затраты при производстве и при использовании продукции:


Величина социально-экономического ущерба от загрязнения атмосферы выбросами автомобильного транспорта определяется по формуле:

Уа = g×s×f×М,

где g - константа, равная 2,4 руб./усл.т, s - показатель относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха([3], с.10), f - безразмерная величина, равная для автотранспортных средств 10, М - приведенная масса годового выброса загрязнений автотранспортными средствами:


где n - общее число вредных примесей, Аi - показатель относительной агрессивности примеси i-го вида, усл.т/т; mi - масса годового выброса примесей i-го вида в атмосферу, т/год.

Масса выброса вредной примеси i-го вида в атмосферу автотранспортными средствами конкретной марки определяется по формуле:

За год автомобилем

miгод = кi × Тн × 10-3× Дк,

где кi - массы выбросов в час, г/час; ([3].с.12); Тн - время в наряде, ч; Дк - количество календарных дней в году.

Стоимостная оценка результатов осуществления мероприятия за расчетный период определяется по формуле:


где n1, n2 - годовые эксплуатационные издержки автотранспортного предприятия при эксплуатации автомобиля с использованием соответственно базового и предлагаемого двигателя, руб. Кр - норма реновации основных фондов при использовании продукции, определяемой с учетом фактора времени; Ен - норматив приведения разновременных затрат и результатов, равный нормативу эффективности капитальных вложений (Ен=0,1).

Срок службы автомобильного транспорта:

где Lпр - пробег до капитального ремонта; Ккр - коэффициент, учитывающий пробег после капитального ремонта; Кпр - коэффициент, учитывающий работу с прицепом; Lг - годовой пробег автомобиля.

Затраты на реализацию мероприятий за расчетный период:


где Nв - годовой объем производства двигателей, шт; DС = Спр - Сб, - изменение себестоимости двигателя.

На данной стадии расчетов мы не имеем данных по DК и Книр, поэтому приравниваем их к нулю.

4.5     Экономический эффект


Экономический эффект от уменьшения загрязнений окружающей среды отработавшими газами автомобилей определяется:

.

Массы выбросов вредных примесей определяем по формуле:

По СО

mб=280×12×365=1,226400 т/год

mпр=280×12×365=1,226400 т/год

По СН

mб=84×12×365=0,367920 т/год

mпр=84×12×365=0,367920 т/год

По NO

mб=700×12×365=3,066000 т/год

mпр=700×12×365=3,066000 т/год

По саже

mб=14×12×365=0,061320 т/год

mпр=14×12×365=0,061320 т/год

Результаты расчета значений, приведенной массы годового выброса загрязнений, приведены в таблице 1.

Таблица 1 Расчет приведенной массы годового выброса загрязнений

Загрязняющие вещества

Масса годового выброса, т/год

Значение, Аi

Приведенная масса годового выброса Мi=Аi×mi, усл.т./год


Базовый

Проектный


Базовый

Проектный

СО

1,226400

1,226400

1,0

1.226400

1.226400

СН

0,367920

0,367920

1,5

0.55188

0.55188

NO

3,066000

3,066000

42,1

129.0786

129.0786

Сажа

0,061320

0,061320

200

12.264

12.264

Итог

143.12088

143.12088


Определяем величину экономического ущерба от загрязнения атмосферы выбросами отработавших газов:

Уа б =2.4*8*10*143.12088=27479.21 руб

Уа пр =2.4*8*10*143.12088=27479.21 руб

Уа пр-Уа б= 27479.21-27479.21= 0 руб/год

величина экономического ущерба за год от загрязнения окружающей среды.

По формуле

 лет

откуда Кр = 1/tсл = 1/5,48=0,182

Тогда по формуле

 руб

Таблица 2 Технико-экономические показатели

Наименование показателей

Базовый вариант

Проектируемый вариант

Отношения к базовому варианту

Тип двигателя

Дизель

Дизель

-

Мощность, кВт

118

118

0

Удельный расход топлива, г/кВт×ч

206

206

0

Себестоимость двигателя, руб./шт.

87000

87237,5

237.5

Удельная себестоимость руб./кВт

737,29

739,3

2,01

Оптовая цена двигателя, руб.

118000

118381,29

381,29

Тип автомобиля

Автобус

Автобус

-

Производительность автомобиля, чел.км/год

1921725

1921725

0

Затраты на топливо, руб./км

1.59

1.55

-0.04

Затраты на смазочные материалы, руб./км

0.083

0.080

-0.003

Амортизация, руб./км

1,476

1,477

0.001

Экономический эффект, руб./год

19601,7


Заключение

Модернизация заключается в том, что на двигатель ЯМЗ-534 для обеспечения пуска двигателя при пониженных температурах вместо электрофакельного устройства устанавливается принципиально новая система для пускового наддува двигателя сжатым воздухом из тормозной системы автомобиля. Расчет показал, что себестоимость проектного двигателя выше чем базового. Экономический эффект от модернизации получился за счет уменьшения расхода на горюче-смазочные материалы при пуске двигателя в холодное время (что и было целью модернизации двигателя).

5        ОХРАНА ТРУДА

 

5.1     Задачи в области охраны труда


Во время производственной деятельности работающие подвергаются опасности поражения или возникновения профессионального заболевания, так как абсолютно безопасных производств не существует. Поэтому в задачи охраны труда входит обеспечение минимальной опасности поражения или заболевания в условиях максимальной производительности труда.

Современное машиностроение характеризуется многообразием оборудования, значительным расширением станочного парка, применением современных методов получения разнообразных деталей.

В настоящее время в технологических процессах широко используются ультразвуковые установки, электрооборудование и электроинструменты, подвижно транспортные устройства, гальваническая обработка и так далее. Все это вызывает необходимость применения новейших достижений в области охраны труда и техники безопасности, с целью предупреждения травматизма и профессиональных заболеваний.

В связи с этими основными задачами по охране труда в области машиностроения на современном этапе являются:

·   осуществление мероприятий по механизации и автоматизации трудоемких и опасных процессов;

·   усиление надзора за безопасным ведением работ и предупреждение профессиональных заболеваний;

·   повышение культуры производства;

·   использование новых станков, машин и оборудования, соответствующих технике безопасности и производственной санитарии;

·   проведение организационной работы, направленной на обеспечение безопасных и здоровых условий труда;

·   широкое обеспечение работающих спецодеждой, специальной обувью и индивидуальными средствами защиты.

В нашей стране действует система стандартов по безопасности, в соответствии с которой выполнена часть по охране труда данной дипломной работы.

5.2     Характеристика испытательного стенда


Согласно заданию на дипломный проект было предложено улучшить пусковые качества дизеля ЯМЗ - 534 в холодных условиях. Эта работа проводится в камере холода экспериментального цеха ЯМЗ.

Целью данной работы является выявление целесообразности использования средств облегчения пуска двигателя.

В состав испытательной установки помимо двигателя, аккумуляторных батарей и электростартера, используемого для запусков двигателя, входят:

·   подмоторная рама для установки двигателя;

·    устройство и системы управления, теплоконтроля, измерения параметров работы двигателя. Для регистрации величин параметров работы двигателя установленных по плану эксперимента использовались датчики, комплекс усилителей и регистрирующая аппаратура;

·   системы питания и обслуживания испытательной обстановки;

·   шумопоглощающие, противопожарные и аварийные системы.

5.3     Условия испытаний


К вопросу условий испытаний относится весь комплекс оборудования устройств и организационно-технических мероприятий, исключающих травматизм и профессиональные заболевания и обеспечивающих нормально допустимые санитарные условия труда, безвредные для здоровья работающих на данном производстве.

Основные требования, которым должна удовлетворять камера холода, заключаются в том, чтобы испытания двигателя в камере проводились в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

Современные камеры холода в большинстве случаев сложные и дорогостоящие сооружения, к которым предъявляется целый ряд требований.

5.3.1  Характеристика шума

Источниками шума при работе испытуемого двигателя являются выпуск отработавших газов, работа механизмов следствие движения и трения шестерен, стука клапанов, пружин, кулачков и других деталей, а также шум, излучаемый вибрацией картера, рамы и соединительных трубок. Однако наибольший уровень шума происходит от газовыпуска и частично от воздуховпуска в результате истечения газа и воздуха и резкого изменения давления в выпускных и впускных каналах и трубопроводах.

Общий уровень шума и характеристика его спектра по частотам и поршневых двигателей зависит от мощности, числа цилиндров, частот вращения и других конструктивных особенностей.

Конкретно, для двигателя ЯМЗ-534, который находится в камере холода, общий уровень шума при работе его на номинальной частоте вращения составил 110 ¸ 120 дБ, при этом область получаемых частот составляет 20 ¸ 8000 Гц.

В соответствии с санитарно-техническими нормами и требованиями Государственной санитарной инспекции для среднечастотных шумов, к которым следует отнести шум, получаемый при работе двигателя ЯМЗ, допустимый уровень шума составляет 85¸90 дБ. Следовательно, действительный уровень шума при работе двигателя превышает допустимый на 25¸30 дБ. Следовательно, при произведении испытании необходимо предусмотреть специальные меры по снижению уровня шума.

Поскольку испытательная установка расположена в изолированной камере, то это в сочетании с устройством стендовых глушителей явится наиболее действительным средством по снижению шума. Во время работы таких установок обслуживающий персонал находится в изолированных от шума кабинах управления.

Практически этот способ не имеет каких-либо ограничений и поэтому он пригоден для всех двигателей, включая и те, которые выделяют самые высокие уровни шумов.

Необходимую эффективность глушителей определяют по формуле:

Lгл = Lуст - Lдоп                                                                          (5.1)

где:   Lгл - эффективность глушителя, то есть требуемая величина глушения, дБ;

Lуст - общий уровень шума, излучаемый установкой, дБ;

Lдоп - общий допустимый уровень шума в помещении испытательной установки, дБ.

Lгл = 120 - 90 = 30 дБ

В устройстве глушителей следует применить звукопоглащающий материал, к которому предъявляются следующие требования:

·   стойкость к температурному режиму, принятому для глушителей выпуска отработавших газов. Конструкция глушителя в целом, включая и звукопоглощающие элементы, должна быть выполнена из огнестойких материалов;

·   стойкость к вибрациям и выветриванию, происходящим под действием газовоздушного потока;

·   минимальная гигроскопичность.

В воздухоприемных глушителях звукопоглощающие материалы не должны выделять твердых частиц пыли и прочих механических примесей. В качестве звукопоглощающего материала глушителей принимаем стекловолокно, которое удовлетворяет всем перечисленным требованиям и обладает высоким коэффициентом звукопоглощения, что дает возможность сократить длину шумопоглощающих элементов, а, следовательно, и всей конструкции глушителя.

Для стекловолокна диаметром 25 мкм в пластинчатых или облицовочных глушителях значение коэффициента звукопоглощения a (среднее для всех частот): a = 0,48.

С целью повышения эффективности звукопоглощения в камере следует порекомендовать дополнительную облицовку стен и потолочных перекрытий звукопоглощающими панелями. Общая поверхность покрытия звукопоглощающей облицовки должна составлять не менее 50 ¸ 60 процентов от всей внутренней поверхности шумозаглушаемого помещения.

Такая облицовка дает общее снижение шума на 5 ¸ 10 дБ и в большей степени по высоким частотам. Следует отметить, что такое снижение шума составляет весьма ощутимую величину, которая субъективно воспринимается слухом, как снижение громкости соответственно на 30 ¸ 50 процентов.

Это дополнительно позволит повысить уровень звукоизоляции между соседними помещениями.

5.3.2  Санитарно-технические требования к освещению

Согласно санитарно-техническим требованиям, предъявляемым к камере холода, все помещения должны иметь освещение с действующими нормами.

В соответствии с СНиП 23 - 05 - 95 все работы, проводимые в испытательном помещении камеры, следует отнести по характеристике зрительной работы к работам малой точности с наименьшим объектом различения от 1 до 5 мм.

Для контраста объекта различения с фоном «Малый - средний», применительно к системе общего равномерного освещения, освещенность в испытательном помещении камеры холода составляет 100 лк.

Работы, проводимые в кабине наблюдений, следует отнести к работам средней точности с наименьшим размером объекта различения от 0,5 до 1 мм (в основном работа с электроизмерительной аппаратурой). Для такого типа работ требуется система общего освещения.

Для нее, исходя из характеристики зрительной работы, освещенность составляет 200 лк.

Количество светильников определяется исходя из размеров помещения (по площади и кубатуре), мощности светильников, их требуемого расположения и необходимой освещенности, требуемой для данного вида работ.

5.3.3  Требования, предъявляемые к пожарной безопасности

В соответствии с ГОСТ 12.4.009-83 «Пожарная техника для защиты объектов.


Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!