Моделювання робочого процесу чотирьохтактного дизеля
1. ОПИС КОНСТРУКЦРЖРЗ ДВИГУНА
1.1 Загальний устрiй дизель-генератора 10Д80А
Дизель 10Д80А з тяговим агрегатом встановленнi на пiд дизельнiй рамi, в котрiй масло збирач виконаний без роздiлення на вiддiли гарячого i холодного масла, масляна система замкнута на двигунi.
Генератор з самовентиляцiiю, i стартер-генератор постiйного струму котрий використовуiться для пуску дизеля, розташованi в одному корпусi. Живлення допомiжних агрегатiв i збудження синхронного генератора вiдбуваiться вiд бортовоi мережi 110В.
Тяговий агрегат розроблявся на ВлЕлектротяжмашiВ», за окремим технiчним завданням , виданим ВлЛуганськтепловозВ».
Турбокомпресор i маслоохолоджувач на верхньому листi блоку зi сторони генератора. Повнопотоковий фiльтр масла розташований над редуктором приводу агрегатiв зi сторони управлiння.
1.1.1 Блок
Зварна конструкцiя, котра складаiться з прокатних стальних листiв i штампованих гарячим i холодним методами деталей.
Конструктивне виконання блоку приведено на рисунку 1.1.Принята конструкцiя крiплення кришки корiнноi опори широко застосовуiться i виконана на вiдомих двигунах рiзних типорозмiрiв.
Як показуi аналiз сучасних конструкцiй двигунiв, для забезпечення надiйностi Вллiнii вiсi колiнчатого валуВ», при плоскому стику застосовують поперечнi звтАЩязки мiж кришкою i опорою блоку в безпосереднiй близькостi як до плоского стику, так i до опорноi поверхнi кришки пiд головку корiнного болта.
Розмiщення поперечного звтАЩязку в безпосереднiй близькостi до плоского стику перешкоджаi зведенню опорних поверхонь кришки, а бiля опорноi поверхнi коливанню кришки пiд час роботи двигуна, обумовлена характером годографа навантаженням на корiнну опору.
Рисунок 1.1 Блок дизель-генератора 10Д80А
Для рядного двигуна годограф навантаження характеризуiться локалiзацiiю сил в вертикальнiй площинi. Тому для рядного двигуна досить установки поперечних звтАЩязкiв в безпосереднiй близькостi тiльки до плоского стику.
Для рядного двигуна 10Д80А розроблена конструкцiя корiнного пiдшипникового вузла з плоским стиком з крiпленням кришки 9 до опори 7 двома корiнними болтами 1з гайками 5 i двома поперечними болтами 4 для кожноi опори. Корiнна опора 7 приварюiться до вертикального листа 6 i до нижньоопорного листа блока. Мiж нижньою кромкою вертикального i опорного листiв вварена вставка 2, в котрiй виконаний отвiр 10 для проходу поперечного болта. Болт 4 вкручуiться в рiзьбовий отвiр 11 кришки 9.Гайки 5 корiнних болтiв розташовуються в вiкнах 12 корiнноi опори.Затяжка кришки поперечними болтами 4 виконуiться до кiнцевоi затяжки корiнних болтiв. Для попередження руйнування герметичностi внутрiшньоi порожнини блоку i течii масла через отвiр 11 пiд головку болта 4 встановлюiться резинове кiльце 3.
1.1.2 Пiддизельна рама
Рама приведена на рисунку 1.2 представляi собою зварну конструкцiю для установки на нiй двигуна, генератора, холодильника масла, центробiжного фiльтра, маслопрокачуючого агрегату, фiльтра грубоi очистки масла .
Внутрiшня порожнина рами служить маслозбiрником. Зверху масляна порожнина рами закриваiться пiногасними сiтками 6, положення котрих визначаi рiвень масла в рамi. Заправка маслом рами вiдбуваiться через масло заливну горловину 8, злив масла через отвiр 13, контроль рiвня масла визначаiться за допомогою щупа 7.Вiдбiр масла з рами на змащування i охолодження двигуна вiдбуваiться через маслозбiрник 15, в якому вхiднi отвори закритi сiтками.
На правiй сторонi рами встановлюiться холодильник масла . а на лiвiй холодильник, маслопрокачуючий агрегат i корпус фiльтра грубоi очистки масла 14.На переднiй стiнцi 12встановлюiться: з лiвоi сторони вiдцентровий фiльтр, з правоi РТПД.В серединi рами розташований трубопровiд 4, пiдтримуючий зв'язок мiж двома послiдовно працюючими масляними насосами, на трубопроводi установлюiться редукцiйний 5, i всмоктуючий 3 клапани. Подача масла вiд другого насоса до фiльтру грубого очищення масла здiйснюiться по трубопроводу 2. На корпусi фiльтру грубого очищення масла встановлюiться редукцiйний клапан 13.
Рисунок 1.2Пiддизельна рама
Злив масла з редукцiйних клапанiв вiдбуваiться в масла 4 через всмоктуючий клапан 3 безпосередньо з масляноi порожнини рами.
На переднiй стiнцi рами окрiм фланцiв для пiдiднування трубопроводiв, установки вiдцентрового фiльтру i РТПД вварений водяний трубопровiд 11 для передачi води вiд водоповiтряного холодильника на холодильник масла.
Для установки дизель-генератора на раму тепловоза на нижнiй плитi розташованi чотири опорних платика 1, 9. Генераторна частина рами платиками 10 спираiться на пружини.
1.1.3 Втулка цилiндра
Втулка цилiндра складаiться з втулки i рубашки. Втулка лита з легованого чавуну. На верхньому опорному буртi втулки виконана проточка для газового стику. Герметичнiсть стику досягаiться роздiльним притиранням поверхонь бурту кришки цилiндра i втулки. Лита чавунна рубашка напресована на втулку , утворюючи порожнину для циркуляцii охолоджуючоi води .
Ущiльнення водяноi порожнини мiж рубашкою i втулкою по цилiндричнiй поверхнi забезпечуiться трьома гумовими кiльцями ущiльнювачiв3, розмiщеними в канавках, а по опорному бурту роздiльним притиранням опорних буртiв рубашки i втулки.
Отвiр i двi шпильки в нижнiй частинi рубашки призначенi для крiплення патрубка пiдведення охолоджуючоi води до втулки цилiндра.
Нижче за перше кiльце ущiльнювача виконане сигнальний отвiр. Вiдсутнiсть течi води через сигнальний отвiр свiдчить про справний стан верхнього кiльця ущiльнювача .
Вода з рубашечного простору Б перетiкаi мiж ребрами втулки i по втулках потрапляi в кришку цилiндра. Втулки i прокладки встановленi на герметику.
Ущiльнення перетiкання води мiж сорочкою i кришкою цилiндра досягаiться ущiльнюючими гумовими кiльцями, якi встановлюються на втулки.
У нижнiй частинi ущiльнення мiж посадочними поясами втулки цилiндра i блоку здiйснюiться двома ущiльнюючими кiльцями, а по верхньому посадочному поясу щiльним приляганням притертоi поверхнi торця рубашки до блоку.
1.1.4 Кришка цилiндрiв i клапани
Кришка цилiндрiв обмежуi зверху робочий простiр цилiндра дизеля. З ii допомогою здiйснюiться надходження в цилiндр заряду свiжого повiтря i випуску вiдпрацьованих газiв.
Кришка цилiндрiв 1 складна вiдливка з високомiцного чавуну, представляi собою грановану на пiв коробку i служить для розмiщення в нiй двох впускних 2 i двох випускних 15 клапанiв з направляючими втулками 3, двох траверс 12 з своiми направляючими 4, сталевого стакана 31 зi вставленою в нього форсункою 32 i iндикаторного крана14. Внутрiшня частина кришки роздiлена на три основнi порожнини: порожнина для прийому потрапляючого в цилiндр повiтря (впускний канал), Е порожнина очищення цилiндра вiд вiдпрацьованих газiв (випускний канал) К i порожнина для циркуляцii охолоджуючоi води Ж , куди вода поступаi з гiльзи цилiндра через одинадцять отворiв Д i охолоджуi гарячi стiнки кришки, далi через отвори поступаi до стакана форсунки, охолоджуючи його, вiдводиться через патрубок 6, закрiплений на верхнiй площинi кришки. Фланцi впускного i випускного каналiв, до якого пiдходить впускний i випускний колектори розташованi з одноi сторони кришки.
На нижнiй площинi кришки проточний цилiндровий бурт для ущiльнення газового стику з гiльзою цилiндра 5. Ущiльнення газового стику вiдбуваiться окремою притиркою торцевоi поверхнi бурту Г кришки i поверхнi опорного торця гiльз цилiндра.
Кришка цилiндра крiпиться до блоку шiстьма шпильками, для проходу яких в кришцi виконано шiсть крiзних отворiв Л.
Отвори, закритi пробками 37 на верхнiй площинi i бокових стiнках кришки, передбаченi для огляду i очищення водяноi порожнини, при виготовленнi деталей. Установка пробок проводитьсянаепоксиднiйсмолi.
Шiсть довгих шпильок 34 вкручених у верхню площину кришки, служать для крiплення корпусу важелiв приводу клапанiв.
Скоба, що спираiться на планку призначена для крiплення форсунки в центральному гнiздi цилiндровоi кришки.
Наявнiстьотворiв ввиконанихвкришцiвмiж клапаннихперемичкахзабезпечуiiнтенсивнеохолоджуванняостаннiх, а такожсамогоднищакришкиiсталевогостаканафорсункизавдякиспрямованостiпотокуохолоджуючоiрiдини 30.Сталевийстаканвстановлюiтьсявцентральномугнiздi кришки.цилiндра,ущiльнюiтьсязбокуводяноiпорожнини(вгорi)гумовимикiльцями.Стаканпритискаiтьсягайкою 28, пiд яку лягаi проставочне кiльце 29. Впускний i випускний клапани дизеля виконанi з високоякiсноi сталi. За формою своii впускний i випускний клапани виконанi однаково. Випускний клапан вiдрiзняiться вiд впускного меншим (на 8мм) дiаметром тарiлки i наявнiстю наплавлення iз спецiального жаростiйкого сплаву на робочiй фасцi. Робочi фаски клапанiв виконанi пiд кутом 450. Кожен клапан утримуiться в закритому станi пружинами, що мають рiзний напрям навивки. Пружини внизу упираються в бурт, що направляi клапана, а вгорi у тарiлку, зв'язану зi штоком клапана за допомогою розрiзного сухаря. На виступаючу над сухарем цилiндрову частину штока клапана налягаi ковпачок, верхня частина якого цементуiться i шлiфуiться. Для оберiгання ковпачка вiд випадання в тарiлцi встановлено стопорне кiльце. Тарiлки впускних клапанiв при закриттi впираються в гнiзда днища кришки, а тарiлки випускних клапанiв в сiдла, встановленi натягом в кришцi цилiндра. Сiдла утримуються в днищi кришки пружинними кiльцями вiд можливого випадання при ослабленнi натягу в процесi роботи дизеля.
Для забезпечення надiйноi роботи пари шток клапана, штоки клапанiв азотуються або хромуються.
Направляючi втулки клапанiв виготовленi iз спецiального чугуна. Для обмеження попадання масла на шток на верхньому кiнцi направляючоi втулки виконана проточка: для установки ущiльнення що складаiться з само пiдтискних кiлець, виготовлених з фторопласта стопорного i регулювального кiльця, скоба, виготовленого з бронзи i зафiксованого за допомогою стопорного кiльця.
Рисунок 1.3 Кришка цилiндрiв i клапани
1.1.5 Привiд клапанiв
Привiд клапанiв i передавальним механiзмом вiд розподiльчого валу до клапанного механiзму кожного цилiндра дизеля.
Корпус з важелями приводу клапанiв розташований на кришцi цилiндра товкача приводу в блоцi дизеля. Зв'язок мiж штовхачами i важелями здiйснюiться за допомогою штанг, вставлених в кожухи.
Основнi елементи привода клапанiв: штовхачi, штанги, пружини, корпус важелiв, вiсь важелiв, втулкарозпiрнарегулювальнi кiльця, кришка.
Товкач складаiться з двох основних частин нерухомоi i рухомоi.
Нерухома частина складаiться iз стакана штовхача i фланця мiж якими встановлена ущiльнена прокладка, штифта, стопорного кiльця, ущiльнюючого кiльця, натискного кiльця, гайки.
Стакан штовхача ущiльнюiться в блоцi гумовими кiльцями i закрiплюiться на блоцi за допомогою двох шпильок. Рухома частина включаi: штовхач, ролик, вiсь ролика, палець, втулку.
Штанга виконана у виглядi сталевоi трубки iз запресованими в неi верхнiм i нижнiм наконечником. Кожна штанга проходить всерединi кожуха. Ущiльнення кожуха проводиться за допомогою гумового кiльця.
Алюмiнiiвий корпус закрiплений на кришцi цилiндра шiстьма шпильками. Мiж корпусом i кришкою цилiндра ставиться ущiльнююча прокладка.
У серединi корпусу важелiв встановлена i закрiплена за допомогою кришок вiсь важелiв, на котру надiтi два важеля (впускний i випускний) iз запресованими в них втулками i укрученими ударниками з контргайками .
При обертаннi розподiльчого валу вiдповiдний його кулачок набiгаi на ролик штовхача. Поступальний хода ролика передаiться штовхачу, а через штовхач на штангу. Штанга, стискаючи пружину, передаi рух важелю, який, обертаючись на осi, iншим своiм кiнцем натискаi на траверсу. Траверса передаi рух парi однойменних клапанiв - вiдбуваiться iх вiдкриття.
Початкове положення система займаi пiд дiiю зусиль пружин, що входять в ii склад. Змащування поверхонь, що труться, проводиться дизельним маслом, що поступаi в подовжнi свердлення осi важеля.
По поперечних, свердленнях осi важелiв масло поступаi в свердлення важелiв, змащуi iх втулки, проходить на змащування пар ударник-штанга, бойок-траверса i траверса-клапани.
Далi масло стiкаi з корпусу важелiв по кожухах штанг в порожнину штовхачiв, де змащуi частини штовхача, що труться, зокрема пару ролик-кулачок i стiкаi в порожнину дизеля.
1.1.6 Колiнчатий вал
Колiнчастий вал вiдлитий iз спецiального високоякiсного чавуну з кулястим графiтом.
Кривошипи колiнчастого валу розташованi через 1200 в вiдповiдностi з порядком чергування спалахiв в цилiндрах. Вал маi 8 корiнних i 6 шатунних шийок, виконаних для зменшення ваги порожнистими. Для зменшення iнерцiйних навантажень на корiннi шийки вал маi 12 проти важелiв вiдлитих разом з вiдповiдними щоками, при цьому на4-х щоках вiсь симетрii противаги спiвпадаi з вiссю симетрii, вiдповiдного кривошипа. Для пiдведення масла вiд корiнних шийок до шатунних в валу виконано по два свердлення до кожноi шатунноi шийки вiд сумiжних з нею корiнних шийок. На передньому кiнцi колiнчастого валу вмонтовуiться на шпонцi антивiбратор i встановлена зiрочка приводна насосiв i регулятора частоти обертання дизеля; зiрочка крiпиться на валу шпильками i гайками з шплiнтами. Обертовий момент вiд колiнчастого валу до зiрочки передаiться при зонними втулками. На протилежному кiнцi валу (з боку генератора) с монтованiй масловiдбивач, що складаiться з двох половинок, стягнутих болтами, на фланцi встановлюiться конiчна шестерня привода розподiльчих валiв дизеля, а до фланця крiпиться зубчатiй вiнець, призначений для зчеплення з черв'яком валом поворотного механiзму при прокручуваннi дизеля.
1.1.7 IIоршень
Комплект поршня складаiться з головки поршня, тронка компресiйних маслоземних кiлець, пальця i iнших деталей.
Днище головки поршня маi спецiальну форму, утворюючи камеру згорання. Два рiзьбових отвори в днищi головки необхiднi для крiплення пристосування при монтажi i демонтажi поршня. На зовнiшнiй поверхнi юбки головки поршня виконано чотири канавки для установки компресiйних кiлець. Компресiйнi кiльця виготовленi з високомiцного чавуна , зовнiшня поверхня кiлець для збiльшення зносостiйкостi.
Тронк вiдштампований з алюмiнiiвого сплаву. Робоча, поверхня тронка покрита антифрикцiйним покриттям. У отвори бобишек тронка встановлений палець плаваючого типу. Вiд осьового перемiщення палець фiксуiться в бобишках тронка стопорними кiльцями.
Головка поршня i тронк скрiпляються чотирма шпильками i гайками. Пiд гайкам встановленi втулки. Для пониження тепловоi напруги поршень охолоджуiться маслом. З верхньоi головки шатуна, масло поступаi в щiльно притиснутий до неi пружиною стакан i в порожнину з котроi по отворам в порожнину охолодження , звiдки по каналам стiкаi в картер дизеля.
1.1.8 Турбокомпресор
Система повiтропостачання призначена для подачi повiтряногозаряду в цилiндри дизеля i очищення (продування) цилiндрiв вiд залишкiвпродуктiв згорання.
Для повiтропостачання дизеля 10Д80А застосована система газотурбiнного наддуву, яка складаiться з турбокомпресора, повiтряного трубопроводу, охолоджувача наддувочного повiтря.
Для наддуву вибраний турбокомпресор типу ТК18, з унiфiкованоготипорозмiрного ряду.
Турбокомпресор встановлений з боку фланця основного вiдбору потужностi дизеля на кронштейнi зварноi конструкцii. На всмоктуваннi компресора турбокомпресора (ТК) встановлений всмоктуючий патрубок з фланцем для пiд¢iднування труби вiдсмоктування газiв з картера дизеля. Масло на змазку пiдшипникiв ТК пiдводиться з системи змащування дизеля, без додатковоi його фiльтрацii, i вiдводиться в картер дизеля.
Вода для охолоджування корпусiв ТК пiдводиться по трубi з водяноi системи дизеля .Вiдвiд охолоджуючоi води проводиться по трубi в загальну трубу вiдведення води вiд дизеля.
До вихiдного отвору корпусу компресора приiднуiться трубопровiд повiтря, котрий складаiться з литого поворотного патрубка i зварноi труби. Трубопровiд повiтря зтАЩiднуi ТК з охолоджувачем наддувочного повiтря i крiпиться до блоку двигуна i кронштейна ТК.
На входi в охолоджувач наддувочного повiтря встановлена заслiнка , яка перекриваi надходження повiтря в двигун при його аварiйнiй зупинцi.
Заслiнка крiпиться до фланця охолоджувача наддувочного повiтря болтами, а з трубопроводом повiтря з'iднуiться за допомогою гумового рукава i хомутiв.
1.1.9 Система охолодження
Система водяна, циркуляцiйна двоконтурна. Забезпечуi вiдведення тепла вiд дизеля i турбокомпресора, охолоджування масла i наддувочного повiтря пiдiгрiв палива в паливопiдiгрiвнику i обiгрiв кабiни машинiста в холодний час року.
Кожен контур маi свiй трубопровiд, насос. Через розширювальний бак контури з'iднуються мiж собою i з атмосферою.
Перший контур (гарячий контур) служить для охолоджування дизеля i турбокомпресора. Гарячою водою цього контурна здiйснюiться пiдiгрiв палива i кабiни машинiста. Охолоджена вода в радiаторних секцiях, тепловозiв, по трубопроводу засмоктуiться насосом , встановленому на дизелi, i нагнiтаiться по трубопроводу в цилiндри дизеля i турбокомпресор, де вiдiбравши частину тепла, поступаi у вiдвiдний колектор i трубопровiд, по якому вiдводиться в секцii. Вiд вiдвiдного колектора, турбокомпресора i секцiй за допомогою трубопроводiв здiйснюiться вiдведення повiтря i пароповiтряноi емульсii в розширювальний бак. Бак сполучений зi всмоктуючим трубопроводом, трубопроводом пiдпору . Через трубопровiд проводиться заповнення контуру водою i злив. У холодний час гаряча вода поступаi в пiдiгрiвач палива i калорифер обiгрiв кабiни машинiста, регулювання температури здiйснюiться вентилями на входi.
У другому контурi (холодний контур) вода з радiаторних секцiй, тепловозiв, по трубопроводу засмоктуiться насосом i нагнiтаiться по трубопроводу в повiтроохолоджувач, а потiм через терморегулятор i холодильник масла по трубопроводу повертаiться в секцii де охолоджуiться. Пiдтримуючи температуру масла в контрольованiй точцi системи змащування, терморегулятор розподiляi потiк |охолодженоi води, що йде в холодильник i на перепускання мимо холодильника по трубопроводу. По трубопроводам повiтря i пароповiтряна емульсiя вiдводиться вiд секцii в розширюючий бак, котрий зтАЩiднаний трубопроводом пiдпору з трубопроводом всмоктування на входi насосу. З повiтроохолоджувача по трубопроводу вiдбуваiться вiдвiд повiтря i пароповiтряноi сумiшi в обвiдний колектор першого контуру.
1.1.10 Система змащування
Система змащування забезпечуi, безперервну подачу масла до деталей котрi труться i одночасно вiдводячи вiд них тепло, забезпечуi охолоджування поршнiв i передпускову прокачування дизеля маслом.
Система змащування циркуляцiйна пiд тиском i скомпонована на дизелi. РЖстотною особливiстю даноi системи i те, що вона одноконтурна. Пiддон не роздiлений на порожнини холодного i гарячого масла, а два маслянi насоси стоять в одному ланцюзi основного контуру змащування.
Масло циркулюi в двигунi, заливаiться в маслозбiрник (картер) рами. З маслозбiрника рами по трубi насос всмоктуi масло i нагнiтаi його у фiльтр тонкого очищення масла , а потiм поступаi по трубопроводу в холодильник масла . Пiсля проходження холодильника масло поступаi в насос , який по трубi нагнiтаi масло у фiльтр грубоi очистки масла вбудований в рамi дизеля, i далi масло поступаi в нижнiй колектор. З нижнього колектора масло розповсюджуiться по корiнних опорах колiнвалу i по спецiальних свердленнях поступаi на змащування корiнних пiдшипникiв, далi на змащування шатунних пiдшипникiв, шарнiрiв верхнiх головок шатунiв i охолоджування поршнiв.
З нижнього колектора по вертикальнiй трубi масло подаiться в верхнiй колектор через розподiльну, коробку. У вертикальнiй трубi i сопла, якi забезпечують змащування пар, що труться 6зубчатих передач редуктора розподiльчого валу. Тут забезпечуiться подача масла на переднюю опору розподiльчого валу i по свердленнях, виконаних в розподiльчому валу подаiться на всi пiдшипники по опорах розподiльчого валу.
З розподiльноi коробки масло пiдводиться до турбокомпресору i до розподiльноi коробочки для КРМ.
З верхнього колектора масло поступаi на змащування клапанно-ричажних механiзмiв кришок цилiндрiв.
З турбокомпресора масло зливаiться по трубопроводу в маслозбiрник глазком, що забезпечуi контроль наявностi масла для змащування пiдшипникiв турбокомпресора, а потiм по трубi зливаiться в блок.
Для передпускового прокачування маслом використовуiться маслопрокачуючий агрегат , котрий забираi масло з маслозбiрника i нагнiтаi його у фiльтр грубого очищення , а потiм в нижнiй колектор. Пiсля цього поступаi до всiх необхiдних вузлiв. На трубопроводi i зворотнiй клапан для запобiгання руху масла до МПА при роботi двигуна пiсля запуску.
Для пiдвищення чистоти масла i збiльшення моторних властивостей використовуiться вiдцентровий фiльтр i диспергатор.
Насос вiдцентрового фiльтру забираi масло з картера маслозбiрника i по трубопроводу проводить нагнiтання на ЦФ i по трубi на диспергатор. На ЦФ i клапан перепускання, який здiйснюi перепускання масла в головну систему змащування при пiдвищеннi тиску масла перед ЦФ.
1.1.11Паливна система
Паливна система забезпечуi подачу палива в цилiндри дизеля на згорання i його пiдготовку (фiльтрацiя, пiдiгрiв). Паливний бак виконаний у виглядi iмкостi, де мiститься витратна кiлькiсть палива.
Паливо з бака, тепловоза, по трубопроводу через фiльтр грубоi очистки засмоктуiться помпою встановленою на дизелi, i нагнiтаiться по трубопроводу через один з витратомiрiв через фiльтр тонкоi очистки в трубопровiд живлення паливних насосiв , виконаний у виглядi колектора, звiдки паливо подаiться до насосiв високого тиску котрi дозують паливо вiдповiдно до навантаження i подають його в цилiндри на згорання через форсунки.
Надлишок палива по трубопроводу через другий витратомiр повертаiться в бак через клапан перепускноi i пiдiгрiвач палива. Для пiдтримки тиску в трубопроводi перепускний клапан вiдрегульований на вiдкриття при тиску 13 кгс/см2.
Чисте паливо, що просочилося з форсунок, вiдводиться по дренажному трубопроводу в бак.
Передпускове прокачування системи паливом здiйснюiться автономним паливо пiдкачуючим агрегатом , який засмоктуi паливо з бака через фiльтр грубоi очистки i нагнiтаi в трубопровiд. Запобiжнi клапани перешкоджають зворотному перетiканню палива при роботi помпи або паливо пiдкачуючого агрегату. Забруднене паливо (85% палива, 15% масла), що просочилося з насосiв високого тиску вiдводиться в дренажний бак
У холодний час паливо пiдiгрiваiться шляхом подачi гарячоi води в пiдiгрiвач з системи охолоджування.
Манометри показують тиск до i пiсля фiльтру, тонкоi очистки палива, тобто пiсля пiдкачуючоi помпи i перед насосами високого тиску.
2. МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ ЧОТИРЬОХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ
Рiшення задачi вибору конструктивних i регулювальних параметрiв двигунiв будь-якого призначення за яким-небудь критерiiм може здiйснюватися двома методами: експериментальним або розрахунковим. Можливо i iхнi сполучення. Експериментальний метод вимагаi значних витрат матерiальних, енергетичних i трудових ресурсiв на виготовлення натурних зразкiв двигунiв i вузлiв до них i проведення iхнiх випробувань. Крiм того, його реалiзацiя виявляiться дуже тривалою, а найкращий результат, може бути i не досягнутий.
Розрахунковий метод представляiться кращим особливо на початковiй стадii проектування. Вiн заснований на математичному моделюваннi робочого процесу ДВЗ, однак, його реалiзацiя вимагаi наявностi достовiрноi та адекватноi математичноi моделi процесiв, якi протiкають у ДВЗ, а також проведення ii адаптацii до конкретноi задачi оптимiзацii цих процесiв за обраним критерiiм.
У проведеному дослiдженнi, за критерiй оптимiзацii конструктивних i регулювальних параметрiв тепловозних ДВЗ обрана питома середньоексплуатацiйна витрата ge сер.е [1], а для ii визначення необхiдно математичне моделювання робочого процесу (циклу) усього розгорнутого ДВЗ.
ge 
Де Ne i , ge i ,ф i тАУ вiдповiдно ефективна потужнiсть, питома ефективна витрата палива i вiдносний час роботи дизеля на i-тiй позицii контролера машинiста, r- число позицiй контролера, з урахуванням i тепловозного холостого хода, kп =1,05..1,1тАУкоефiцiiнт, що враховуi перевитрату палива на перехiдних процесах.
В даний час вiдома досить велика кiлькiсть математичних моделей робочого процесу (або циклу) ДВЗ. Усi iх можна роздiлити на газодинамiчнi й термодинамiчнi. Першi заснованi на застосуваннi системи рiвнянь збереження маси, iмпульсу, енергii й рiвняння стану, якi записанi для кожноi розрахунковоi зони двигуна. В основу других покладено рiшення спрощеноi системи рiвнянь, що включають лише рiвняння збереження маси, енергii й рiвняння стану.
При безумовних перевагах (можливiсть простежити змiну параметрiв газового потоку не тiльки в часi, але i по координатах розрахунковоi зони) газодинамiчнi моделi не знайшли широкого поширення. Це викликано тим, що рiшення системи нелiнiйних диференцiальних рiвнянь у частинних похiдних, якi покладаннi в основу газодинамiчних моделей, виявляiться громiздким i працеiмними, тому що вирiшуються за методом кiнцевих рiзниць, застосування якого до нелiнiйних систем вимагаi спецiальних штучних прийомiв для збiжностi рiшення: змiни рiзницевоi схеми, змiни кроку розрахунку за часом i координатою. У результатi при користуваннi загальнодоступними ЕОМ час розрахунку навiть одного варiанта виявляiться досить тривалим. У нашому випадку кiлькiсть дослiджуваних варiантiв досягаi сотень, а в кожнiм варiантi розрахунок ведеться для 9..17 режимiв.
Багаторiчний досвiд розрахункiв робочого циклу ДВЗ за допомогою термодинамiчних моделей показав, що вони добре працюють при вiдносно низьких швидкостях газових потокiв i невеликiй довжинi розрахункових зон. Контроль довжини розрахунковоi зони, що забезпечуi придатну для практичних цiлей точнiсть, варто вести по величинi числа Струхаля [2]. У роботах [2,4,5] показано, що задовiльна точнiсть розрахункiв досягаiться при
.(2.1)
У данiй роботi була використана математична модель робочого циклу, що викладена в роботах [3,4,5]. Вибiр цiii моделi порозумiваiться тим, що вона чуттiва до режиму роботи (n, Nе), змiнi регулювальних i конструктивних параметрiв двигуна, а також змiнi зовнiшнiх умов (po, to). Вона вiдноситься до групи термодинамiчних моделей, розрахунковi схеми газоповiтряного тракту якоi побудованi на зонному принципi. Це значить, що весь цей тракт розбиваiться послiдовно на ряд розрахункових зон, що представляють собою для реального двигуна елементи вiдповiдного призначення: повiтряний фiльтр, трубопровiд вiд фiльтра до нагнiтача, нагнiтач, охолоджувач наддувного повiтря, наддувний колектор вiд охолоджувача до випускних клапанiв, цилiндр, випускний колектор, перетворювачi iмпульсiв, турбiна, глушитель. Для кожноi розрахунковоi зони складаiться своя система рiвнянь, рiшення якоi дозволяi визначити параметри робочого тiла (газу) у нiй. При термодинамiчному пiдходi ця система включаi чотири рiвняння. Це рiвняння збереження енергii (2.2), маси (2.3), рiвняння стану (2.4) i рiвняння V=f (цо) (1.5), що мають вид:
(2.2)
(2.3)
(2.4)
(2.5)
де u - внутрiшня енергiя газу в розглянутiй зонi;
qv - iнтенсивнiсть об'iмного джерела теплоти в розглянутiй зонi;
qsj - iнтенсивнiсть теплообмiну через контрольну поверхню;
Fq тАУ площа контрольноi поверхнi, на котру дii джерело теплоти;
Fм -площа контрольноi поверхнi, що обмежуi зону, що перетинаi потiк маси;
i - число дiлянок контрольноi поверхнi, через котру вiдбуваiться теплообмiн;
n - число дiлянок, що перетинаi потiк маси;
h - питома ентальпiя газу, що перетинаi контрольну поверхню й обумовлена по загальмованих параметрах;
V i dV - обтАЩiм i диференцiал обтАЩiму розрахунковоi зони;
p i T - тиск газу i температура в розрахунковiй зонi;
с - густина газу, що перетинаi контрольну поверхню, через котру протiкаi потiк газу;
dМ -кiлькiсть газу, що перетинаi "i-у" контрольну поверхню;
с -миттiва швидкiсть поршня;
t -час.
Стикування зон проводиться з умови рiвностi потокiв маси й енергii через контрольнi поверхнi роздягнула сусiднiх зон. Нижче приведено короткий опис математичноi моделi робочого циклу чотиритактного комбiнованого двигуна, яка адаптована до двигунiв Д80 i вiдповiдна iй розрахункова схема (див. рисунок 1.1). Це зроблено для того, щоб показати якi конкретно пiдходи використовувалися в даному дослiдженнi, тому що в базовiй моделi [3,4,5] допускаiться моделювання окремих явищ та процесiв у деяких розрахункових зонах рiзними методами з використанням рiзних рiвнянь (згоряння, тепловiддача, перiод затримки запалення в цилiндрi i т.д.).
При моделюваннi процесiв стиску й згоряння тАУ розширення в цилiндрi використовуються рiвняння (2.2)тАж(2.5). Оскiльки цi процеси протiкають при закритих органах газорозподiлу, то витоками газу зневажають. Тодi
(2.6)
i
Ва,(2.7)
де В тАУ циклова подача палива.
Параметри стану робочого тiла визначаються рiвняннями (2.8) та (2.9).
Ва(2.8)
Ва(2.9)
У процесi стиску В = 0.
Рисунок 2.1 Розрахункова схема розгорнутого дизеля
РЖнтегрування рiвнянь (2.8) i (2.9) у функцii вiд dt проводиться модифiкованим методом Ейлера, але не за часом t, а по кутi обертання колiнчатого вала двигуна ц, що зв'язаний з ф простим рiвнянням:
Ва (2.10)
де nД тАУ частота обертання колiнчатого вала.
Вхiднi у рiвняння (1.8) i (1.9) величини визначаються по вiдомих формулах.
Поточний обтАЩiм цилiндра i його збiльшення обчислюiться по формулах:
;(2.11)
.(2.12)
Кiлькiсть сумiшi в цилiндрi можна визначити як:
(2.13)
а кiлькiсть молiв сумiшi як:
(2.14)
Де
тАУ коефiцiiнт молекулярноi змiни при aц = 1;
gтАУ коефiцiiнт залишкових газiв;
aц тАУ коефiцiiнт надлишку повiтря в цилiндрi;
хтАУ частка палива, що згорiла до даного моменту часу.
Удавана молекулярна маса сумiшi дорiвнюi
(2.15)
де
Ва- молекулярна частка в сумiшi продуктiв згоряння,
Ва- молекулярна частка повiтря в сумiшi.
Питомi мольнi теплоiмностi повiтря, продуктiв згоряння i iхньоi сумiшi визначаються з урахуванням iх залежностi вiд температури по формулах:
Ва(2.16)
(2.17)
(2.18)
а масова теплоiмнiсть по формулi:
(2.19)
Чисельнi значення коефiцiiнтiв тАЬатАЭ i тАЬbтАЭ у формулах (2.16) i (2.17) приведенi в лiтературi, наприклад, у [6].
Аналогiчно обчислюються mСр пов i mСр п.с. РЖнтенсивнiсть внутрiшнього джерела теплоти qv, обумовленого вигорянням палива, можна знайти по формулi:
(2.20)
При розрахунку стиску qv=0, тому що В=0.
Основнi труднощi розрахунку qv зв'язанi зi складнiстю визначення частки вигорiлого до даного моменту часу палива х. Базова модель допускаi застосування будь-яких вiдомих, або нових рiвнянь, чи залежностей моделей для х. Найбiльш вiдомi емпiричнi залежностi для визначення х, запропонованi Нейманом К. [7], Гончаром Б.М. [8], i Вибе РЖ.РЖ. [9]. Бiльш точна, але i складна модель розроблена Разлейцевим М.Ф. [10]. Однак, при користуваннi нею приходиться виконувати великий обсяг попереднiх розрахункiв, у яких використовуються коефiцiiнти, одержуванi експериментальним шляхом для конкретного типу ДВЗ.
У даному дослiдженнi моделювання процесу вигоряння палива в цилiндрi здiйснювалося з використанням формули проф. Вибе РЖ.РЖ. [9,11]:
(2.21)
де цz тАУ тривалiсть згоряння по кутi повороту колiнчатого вала (п.к.в.);
ц н тАУ кут початку згоряння;
ц тАУ поточний кут п.к.в.;
m тАУ показник характеру згоряння.
Недолiком методу проф. Вибе РЖ.РЖ. i те, що вiн не враховував вплив на згоряння процесiв сумiшоутворення i режимних факторiв [10]. Тому в даному дослiдженнi "m" i "цz" визначаються в залежностi вiд aц, nД, В:
m = 0, якщо
i m = 0,61159 В 103 тАУ 0,3914971, якщо
Ва(2.22)
Ва(2.23)
Кут початку згоряння палива в цилiндрi двигуна визначаiться по формулi:
Ва(2.24)
де ц впр - кут початку упорскування палива в цилiндр (регулювальний параметр ДВЗ);
ц зад. - кут затримки запалення палива в цилiндрi, о п.к.в. i обчислюiться по формулi:
Ва(2.25)
де р, Т тАУ тиск i температура робочого тiла в цилiндрi, Па i К.
Eak=22000 кдж/кМоль - енергiя активацii.
Формули (1.22), (1.23), (1.24) i (1.25) отриманi шляхом обробки серii iндикаторних дiаграм двигуна Д70 (прототип двигуна Д80) у широких дiапазонах режимiв роботи (nД, В) i перевiренi при обробцi дiаграм двигунiв Д80.
Кiлькiсть теплоти, передана за рахунок тепловiддачi вiд газу в стiнки цилiндра, можна визначити по рiвнянню:
(2.26)
де: Fq - поверхнi, що обгороджують обтАЩiм цилiндра i мають температуру ТСТ ;
aJ - коефiцiiнт тепловiддачi;
l - кiлькiсть цих поверхонь;
Т - поточна температура робочого тiла (газу) у цилiндрi.
При розглядi обтАЩiму цилiндра видiлялися три поверхнi, що його обгороджують, поршня, кришки й гiльзи. Величини цих поверхонь визначаються по наступним рiвнянням:
(2.27)
(2.28)
(2.29)
де k1 i k2 тАУ коефiцiiнти, що враховують збiльшення поверхонь поршня й кришки за рахунок виточень, лунок i т.д. (значення k1 i k2 визначаються з використанням креслень кришки й поршня).
При розрахунку середня температура кожного елемента поверхнi ТСТ приймаiться постiйною i визначаiться в залежностi вiд температури TCTji частини елемента поверхнi (j -оi)
(2.30)
де TCTjiтАУ температура тАЬi-готАЭ елемента тАЬj -оiтАЭ поверхнi.
Значення TCTjii береться з експериментальних даних.
Величини поверхнi гiльзи FГ i температура уздовж ii утворюючоi мiняiться протягом циклу. Змiна температури поверхнi гiльзи уздовж утворюючоi можна з достатньоi для практики точнiстю апроксимувати експонентою [4]:
(2.31)
де ш , У1 i В2 - деякi постiйнi;
S i d тАУ хiд поршня i надпоршневий зазор.
Тодi, згiдно [4], iз (1.30) пiсля iнтегрування можна отримати:
(2.32)
Вместе с этим смотрят:
Автоматизированная система оперативного управления перевозками
Автомобильные эксплуатационные материалы
Аналiз впливу рiзноманiтних чинникiв на трiщиноутворення нежорстких дорожнiх одягiв
Бензиновые генераторы. Двигатели внутреннего сгорания
Внедрение АРМ маневрового диспетчера