Побудова кругової діаграми фаз газорозподілу і визначення загального кута випередження подачі палива чотиритактного тепловозного дизеля

ЗМІСТ

Вступ ...………………………………………………......….... ....... 4

1 Електропневматичний індикатор МАІ-2 ...……………............ 4

Визначення положення внутрішній мертвої точки (ВМТ) досліджуваного циліндра тепловозного двигуна .....………. .. 12

Побудова кругової діаграми фаз газорозподілу і визначення загального кута випередження подачі палива чотиритактного тепловозного дизеля ……………………………………… ….... 14

4 Регулювання і розподіл потужності по циліндрах
тепловозного двигуна …………...…………………………....... 18

5 Зняття характеристик тепловозного двигуна .…………....... 23

Механічні втрати і механічний ККД тепловозного двигуна ………………………………………...... 28

7 Визначення витрат повітря двигуном за характеристикою
турбокомпресора …………………………………………........... 31

8 Визначення щільності циліндро - поршневої
групи тепловозного дизеля …………………………………....... 33

Дослідження кінематики впускного і вихлопного клапанів і визначення їх ефективних прохідних перетинів . 35

Контрольні питання ...………………………………………........ 37

Список літератури ...…………………………………………...... 38

Додатки …………………………………………………………… 39

ВСТУП

Дані методичні вказівки містять матеріали за методикою випробувань тепловозних двигунів, а також по конструкції і характеристикам приборів, необхідних для їхнього проведення. Ці матеріали призначені для використання при проведенні лабораторних робіт із програми курсу "Локомотивні енергетичні установки".

Основна мета виконання лабораторних робіт – закріпити теоретичні розділи курсу і придбати практичні навички проведення випробувань дизелів.

Перед початком робіт студенти зобов'язані ознайомитися з основними правилами техніки безпеки при проведенні досліджень і дотримувати усі вказівки керівника при їхньому проведенні.

Порядок виконання лабораторних робіт наступний: самостійно ознайомиться із змістом чергової лабораторної роботи, виконати роботу і здати її. Звіти по лабораторних роботах повинні містити основні положення методики проведення випробувань з необхідними ескізами, рисунками, розрахунками і висновками.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ЕЛЕКТРОПНЕВМАТИЧНИЙ ІНДИКАТОР МАІ-2

 

Індикатор МАІ-2 призначений для визначення зміни тисків у циліндрах двигуна, а також у впускних і випускних колекторах, у залежності від кута повороту колінчастого вала. Існує кілька систем індикаторів стробоскопічної дії, але практичне застосування одержали лише електропневматичні індикатори з крапковим записом діаграми. В основу роботи індикатора покладений принцип реєстрації рівності тисків у досліджуваному об'ємі і у системі індикатора. Для цієї мети в досліджуваний об'єм установлюється спеціальний приймач тиску, так називаний датчик. У датчику мається тонка мембрана, на яку впливає з однієї сторони тиск газів з досліджуваної камери, з іншого боку - тиск стиснутого повітря із системи індикатора. Якщо тиск газів виявиться більше тиску стиснутого повітря, мембрана прогинається усередину датчика і торкається електрода, зв'язаного з електричною записуючою системою індикатора.

Як тільки тиск газів зменшиться до тиску стиснутого повітря, мембрана повернеться в нейтральне вихідне положення і розмикає електричний ланцюг: при подальшому зменшенні тиску мембрана прогинається в протилежну сторону.

Тиск, необхідний для прогину мембрани до торкання з контактом, залежить від товщини мембрани і може бути в межах 0,005 - 0,015 МПа; тому можна вважати з достатньою точністю, що в момент торкання відриву мембрани від контакту тиск газів дорівнює тиску стиснутого повітря.

При вимірі низьких тисків (процеси газообміну чи тиску у впускному і випускному колекторах) ця різниця повинна бути врахована.

Змінюючи тиск повітря в повітряній системі індикатора і фіксуючи моменти замикання і розмикання електричного контакту (тобто рівності тисків газів і повітря), можна записати перемінний тиск газів на всьому досліджуваному діапазоні.

Для забезпечення надійної робота мембрани і контакту, фіксація моменту замикання виробляється за допомогою тиратронного перетворювача з малим струмом у первинному ланцюзі. Дуже слабкі імпульси, що виходять у первинному ланцюзі при замиканні і розмиканні перетворюються тиратронним перетворювачем в імпульси струму високої напруги, що направляється до пишучого механізму індикатора, де відбувається пробій повітряного проміжку. Виникаюча при цьому іскра залишає помітну для ока точку на спеціальному папері, укріпленому на барабані, що обертається синхронно з колінчатим валом .

Переміщення іскрового розрядника, з якого відбувається розряд на барабан, викликається зміною тиску в повітряній системі і деформацією пружини індикатора пропорційно тиску повітря. Так, по утворюючої барабана записується величина тисків, а зв'язок барабана з колінчатим валом забезпечує розташування точок тиску за кутом повороту кривошипа чи за часом. Діаметр барабана приймається таким, щоб довжина його окружності дорівнювала 360 мм, при цьому 1 мм дорівнює градусу повороту.

На Рисунку 1 приведена схема дослідної установки, обладнаної індикатором МАІ-2.

Рисунок 1 – Схема стенда обладнаного індикатором МАІ-2

 

Барабан 9 з'єднаний з валом двигуна: барабан обгорнуть листом папера, закріпленим за допомогою затискача. Уздовж утворюючій барабана переміщається розрядник 14, з'єднаний зі штоком індикатора. На штоку посаджений поршень 12, що переміщається в циліндрі 10 індикатора. Поршень переміщається під дією тиску повітря, що знаходиться в повітряній трубі 3 і діючого через рідину, що надходить у гільзу з розширювального бачка 4 через порожній плунжер 11. Тиск рідини діє на поршень 12, що навантажений пружиною і переміщається під дією тиску повітря і пружини, з'єднаної одним кінцем з нерухомим корпусом, а іншим - зі штоком індикатора.

Гільза циліндра обертається від вала барабана через редуктор для зменшення тертя між поршнем і гільзою. Тиск повітря в повітряній системі індикатора змінюється шляхом поступового випуску стиснутого повітря через кран 7. Розрядник 14 не доторкається до папера. Між ними мається невелика відстань, через яку може проскакувати електрична іскра. Іскра пробиває папір на барабані в той момент, коли тиск у циліндрі 10 індикатора дорівнює тиску газів у циліндрі двигуна. Швидкість переміщення поршня індикатора різна та залежить від швидкості падіння тиску повітря з труби 3 через кран 7.

Спосіб синхронізації моменту вирівнювання тисків у циліндрі двигуна і циліндрі індикатора та моменту появи іскри між розрядником 14 і барабаном полягає в наступному. Основним пристроєм, призначеним для цієї мети, є датчик 2, установлений на циліндрі дизеля; при рівних тисках по обидва боки між мембраною і контактом мається невелика відстань. Для спрощення можна вважати, що при цьому мембрана торкається контакту. Тоді замкнуто електричний ланцюг, у котрий входить тиратронний перетворювач 16, з'єднаний вхідною частиною з приймачем тиску, а вихідною - із шиною високої напруги.

Імпульси високої напруги, що надходять з тиратронного перетворювача, попадають на шину високої напруги, а відтіля на розрядний штифт, внаслідок чого, між штифтом і барабаном відбувається іскровий розряд. Момент розряду фіксується на паперовій стрічці, закріпленої на барабані, у виді пробитої в папері точки. Отримана на папері точка лежить на індикаторній діаграмі.

Відстань цієї точки по осі абсцис від лінії ВМТ представляє кут повороту кривошипа (у масштабі 1 мм дорівнює 1 градусу о.к.в.). Відстань за вісью ординат від нульової лінії представляє надлишковий тиск у циліндрі в даному масштабі, що залежить від номера пружини і діаметра плунжера.

Індикаторна діаграма виходить із точок різних циклів. Тому електропневматичний індикатор відноситься до крапкового чи стробоскопічного індикатора. Перевага його складається в одержанні усередненої діаграми з багатьох сотень циклів, що дозволяє одержати більш надійні середні параметри циклів. Недоліком є великий розкид точок діаграми, що утрудняє її обробку, що усувається застосуванням спеціальної методики обробки діаграм.

На Рисунку 2 приведене креслення датчика до індикатора МАІ-2. У корпусі датчика мається зовнішній обмежник 1, мембрана 2 товщиною 0,08 - 0,15 мм, виготовлена зі спеціальної жароміцної сталі, і внутрішній обмежник 3. Конструкція обмежників така, що забезпечує найбільш вільний підхід газів і повітря до мембрани. Обидва обмежники з боку, зверненого до мембрани, мають сферичну поверхню глибиною 0,02 мм, що обмежує максимальну деформацію мембрани.

 

Рисунок 2 – Датчик мембранний

 

Внутрішній обмежник має отвір для висувного контакту. Для усунення впливу неточностей зборки деталей цього вузла і забезпечення рівномірного тиску, на внутрішній обмежник покладена сферична шайба 1, на котру діє натискна втулка 5. Цей вузол стягається спеціальною гайкою 6.

Корпус датчика має сорочку для водяного охолодження, що охороняє деталі датчика від сильного перегріву гарячими газами.

У нижній частині натискної втулки мається текстолітова направляюча втулка 7 з отворами для проходу повітря. У цю втулку запресована латунна втулка 8, у яку загортається контакт 9, що входить своїм проточеним кінцем в отвір внутрішнього обмежника. Контакт 9 через пружину 10 з'єднується з контактом 11, до якого приєднується провід, що йде до тиратронного перетворювача.

Повітря з балона підводиться до штуцера 12. При роботі датчика мембрана 2 періодично розриває первинний ланцюг з електродом 9.

У пульті керування зосереджена основна частина здвоєної повітряної системи, системи індикатора і його електрична частина, що складається з двох тиратронних перетворювачів. Електрична частина індикатора реєструє тиск і відзначає основні базові точки, що відповідають верхньому і нижньому положенню поршня, моменту підйому голки форсунки і т.д. Наявність в індикаторі МАІ-2 здвоєних повітряної й електричної систем забезпечує можливість запису діаграм за двома каналами, що сильно розширює можливості індикатора.

На передній панелі пульта розташовані органи керування повітряною та електричною системами індикатора.

У пульті індикатора встановлені два тиратронних перетворювача, кожний з який може працювати як від окремого датчика, так і від двох датчиків одночасно.

Перетворювач має свою силову частину, що складається із силового трансформатора і електронних ламп. Живлення трансформатора здійснюється від мережі перемінного струму напругою 220 В.

Індикатором включення служить сигнальна лампочка.

Для реєстрації ВМТ досліджуваного циліндра застосовується електромагнітний покажчик. В основу роботи покажчика покладено принцип електромагнітної індукції, при якому в провіднику, поміщеному в перемінному магнітному полі, наводиться ЕРС, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку за часом.

Як видно з принципової схеми, приведеної на Рисунку 3,
індуктивний покажчик складається з постійного магніту 1, магнітопровіда 3, що має магнітний зазор, і котушок 2, посаджених на магнітопровід. Обмотки з'єднані між собою послідовно; вільний кінець однієї з котушок приєднаний до зовнішнього контакту на корпусі покажчика.

Повз магнітний зазор проходить сердечник 4, укріплений на маховику чи іншій обертовій деталі двигуна. При підході до магнітопровіду сердечник зменшує повітряний зазор, унаслідок чого магнітний потік через магнітопровіди, як показано на Рисунку 3, зростає, досягаючи максимальної величини, коли сердечник знаходиться проти зазору, потім магнітний потік спадає до первісної величини.

 

Рисунок 3 – Покажчик ВМТ

 

Оскільки електрорушійна сила, що наводиться, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку, найбільша ії величина виходить у момент проходження сердечником осі магнітного зазору, що дає можливість реєструвати цей момент, подаючи індукований імпульс на вхід тиратронного перетворювача чи на осцилограф. Покажчик виконано у виді окремого вузла, установленого на досліджуваному двигуні.

Підготовка індикатора до індіцировання двигуна здійснюється в такий спосіб.

У першу чергу, керуючись максимальним тиском у циліндрі, вибирають плунжерну пару і відповідну пружину до неї.

У таблиці 1 приведені межі тисків, що відповідають даній плунжерній парі і даній пружині для діаграми, що знімається, при найбільшому ході плунжера, рівному 180 мм.

Таблиця 1

Рекомендується завжди монтувати механізм, що вимірює більший тиск, із правої сторони від барабана, якщо дивитися на двигун з боку барабана… Разом із вибором записуючого механізму необхідно підібрати і відповідний… Після монтажу вимірювальних механізмів і манометрів перевіряють усю повітряну систему на витік при максимальному…

ВИЗНАЧЕННЯ ПОЛОЖЕННЯ ВНУТРІШНІЙ МЕРТВОЇ ТОЧКИ (ВМТ) ДОСЛІДЖУВАНОГО ЦИЛІНДРА ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГУНА

Для визначення та установки фаз газорозподілу, кута випередження подачі палива і обробки індикаторної діаграми робочого процесу двигуна необхідно з… Визначення ВМТ у даній лабораторній роботі роблять трьома способами: 1) цифровим індикатором із реєстрацією переміщень і ділень на диску;

ПОБУДОВА КРУГОВОЇ ДІАГРАМИ ФАЗ

  Величини кутів відкриття і закриття клапанів двигуна щодо мертвих точок поршня… Щоб забезпечити оптимальне наповнення циліндра свіжим повітрям і здійснити продувку циліндра, впускний клапан…

Застосовувані прибори і методика вимірів.

1– манометр; 2– безповоротний голчастий клапан; 3– голчастий вентиль; 4 –… Рисунок 7 – Схема таксиметра

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5 .

ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГУНА

 

Характеристиками двигуна називаються залежності, що характеризують його роботу, від параметрів, що визначають режим його роботи.

У залежності від виду величин можна розглядати характеристики потужності, питомої витрати палива, ККД, температури газів та ін.

Параметрами, що визначають режим роботи двигуна, є частота обертання колінчастого вала і подача палива.

Тепловозні двигуни експлуатуються в широкому діапазоні реалізованих потужностей і частот обертання колінчастого вала. У залежності від профілю колії, ваги поїзда, графікових часів ходу по перегонах, зовнішніх атмосферних умов, позицій контролера, на яких працює дизель, потужність змінюється від нульової до максимальної.

Для оцінки техніко - економічних показників дизеля при роботі на перемінних за ефективною потужністю N_e і частоті обертання режимах використовують універсальні багатопараметрові характеристики, - що зв'язують три величини – N_e, n_д , g_e (питома ефективна витрата палива).

Для побудови універсальної характеристики необхідно мати серію навантажувальних чи швидкісних характеристик.

Навантажувальна характеристика знімається за умови n_д=const, а швидкісна - при незмінному положенні рейки паливного насоса.

В умовах депо і заводів універсальну характеристику більш просто одержати по серії навантажувальних, установлюючи при цьому рукоятку контролера в різні положення і змінюючи навантаження від генератора на дизель.

Тепловозною (генераторною) характеристикою називається зміна потужності (чи інших величин) дизеля від частоти обертання колінчастого вала.

Дизель 3А-6Д49 призначений для установки в основному на маневрові тепловози. Діапазон частоти обертання колінчастого вала розбитий на вісім позицій за тепловозною характеристикою. Кожній позиції відповідає певна потужність дизеля. У таблиці 2 показано зразковий розподіл частоти обертання і потужності дизеля за позиціями контролера машиніста.

Таблиця 2 - Розподіл частоти обертання колінчастого вала і потужності дизеля за позиціями контролера за тепловозною характеристикою

  Устаткування і прибори стенда. Об'єктом випробувань є дизель - генераторна установка 17ПДГ (з двигуном 8ЧН26/26), обладнана повітряним реостатом і…

Таблиця 3

Навантаження двигуна визначається за показниками вольтметра та амперметра, витрата палива ваговим способом за допомогою секундоміра (Рисунок 9),… Навантаження двигуна на режимі , кВт,

МЕХАНІЧНІ ВТРАТИ І МЕХАНІЧНИЙ ККД ТЕПЛОВОЗНОГО ДВИГУНА

Об'єкт випробувань: Дизель-генератор 17ПДГ: тип двигуна - 8ЧН26/26;

Загальні відомості.

; ; . Витрати газу через турбіну і повітря через компресор визначаються… ;

Таблиця 5

Навантаження двигуна визначають за показниками вольтметра і амперметра: , де Uг;Iг - напруга і струм генератора на режимі;

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9

ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕМАТИКИ ВПУСКНОГО І ВИХЛОПНОГО КЛАПАНІВ І ВИЗНАЧЕННЯ ЇХ ЕФЕКТИВНИХ ПРОХІДНИХ ПЕРЕТИНІВ

Ефективні прохідні перетини клапанів (впускних чи випускних) є добуток коефіцієнта витрати m на площу прохідного перетину клапана. Від величини… Залежності зміни площ перетинів впускних Fк і випускних Fв клапанів від кута… Прибори і методика вимірів

Програма розрахунку

 

REM РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ КЛАПАНОВ

INPUT "МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР КЛАПАНА Д=",D

INPUT "МАЛЫЙ ДИАМЕТР ОБРАЗУЮЩЕЙ КЛАПАНА Д0=",D0

INPUT "ДИАМЕТР ПРОХОДНОГО ОТВЕРСТИЯ В КЛАПАННОЙ КОРОБКЕ Д2=",D2

INPUT "ДИАМЕТР СТЕРЖНЯ КЛАПАНА Д1=",D1

INPUT "УГОЛ НАКЛОНА ОБРАЗУЮЩЕЙ КЛАПАНА F=",F

INPUT "МАКСИМАЛЬНЫЙ ПОДЬЕМ КЛАПАНА Н0=",H0

INPUT "ШАГ СЧЕТА Н=",H1

90 LPRINT "РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ
КЛАПАНОВ"

LPRINT "**************************************************":LPRINT

110 LPRINT " КЛАПАН ВПУСКНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ЧН26/26"

LPRINT "----------------------------------- ---------------------------------":LPRINT:LPRINT

130 LPRINT " ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ"

140 LPRINT " ---------------------------------"

LPRINT "1. МАКСИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР КЛАПАНА Д=",D

LPRINT "2. МАЛЫЙ ДИАМЕТР ОБРАЗУЮЩЕЙ КЛАПАНА Д0=",D0

LPRINT "3. ДИАМЕТР ПРОХОДНОГО ОТВЕРСТИЯ В KЛAПAHHOЙ КОРОБKE Д2=",D2

LPRINT "4. ДИАМЕТР СТЕРЖНЯ КЛАПАНА Д1=",D1

LPRINT "5. УГОЛ НАКЛОНА ОБРАЗУЮЩЕЙ КЛАПАНА F=",F

LPRINT "6. МАКСИМАЛЬНЫЙ ПОДЬЕМ КЛАПАНА Н0=",H0

LPRINT "7. ШАГ СЧЕТА Н=",H1 :LPRINT

220 LPRINT " РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА"

LPRINT " *************************":LPRINT

LPRINT "--------------------------------------------------------------------------------":LPRINT

LPRINT " Н S1 MS1 S2 MS2 S3 MS3 ":LPRINT

LPRINT "--------------------------------------------------------------------------------":LPRINT

LPRINT " ММ MM^2 MM^2 MM^2 MM^2 MM^2 M^2":LPRINT

LPRINT " -------------------------------------------------------------------------------":LPRINT

F=(F*3.141593)/180

FOR H=0 TO H0 STEP H1

300 S1=3.14*H*(D0+1/2*H*SIN(2*F))*COS(F)

310 S2=3.14*(D+D0)/2*SQR(((D-D0)/2)^2+(H-(D-D0)/2*TAN(F))^2)

320 S3=3.14/4*(D2^2-D1^2 )

M=1.2-.035*H

S4=S1*M:S5=S2*M:S6=S3*M

LPRINT USING " ##.# #####.# ####.# ####.## #####.# ####.# ####.#";H,S1,S4,S2,S5,S3,S6

NEXT H

LPRINT " ---------------------------------------------------------------------------":LPRINT

380 LPRINT " РАСЧЕТ ОКОНЧЕН "

END

 

Додаток 2

Зразок розрахунку