Обработка индикаторной диаграммы V-образного двухтактного двигателя внутреннего сгорания

В V-образном двухцилиндровом двухтактном двигателе оси цилиндров I и II (рис.10) расположены под углом b одна к другой и пересекаются с осью О коленчатого вала. При этом шатуны рычажного механизма двигателя передают усилия от поршней цилиндров на одно колено (кривошип). Заданными параметрами механизма являются радиус кривошипа r, длина шатунов l_AB, l_АС, число оборотов коленчатого вала n и соответственно его средняя угловая скорость w = const.

Рисунок 10 – Схема V-образного ДВС

В качестве исходных данных при построении схемы механизма и обработке индикаторной диаграммы приняты:

размеры звеньев механизма: r = l_ОА = 0,13 м; l_AB = l_АС = 0,43м; b = 60°.

максимальное давление в цилиндрах двигателя – 6,0 МПа;

диаметр цилиндров D = 0,1м.

За начальное (первое) положение механизма следует принимать такое, при котором поршень цилиндра I занимает крайнее верхнее положение и ось шатуна расположена на оси цилиндра. Исходя из деления окружности движения точки А кривошипа за цикл установившегося движения (за 1 оборот) на 12 равных интервалов, в положении 1 кривошипа поршень цилиндра II будет занимать положение 11. Разметка положений поршней приведена на схеме механизма.

Индикаторные диаграммы для обоих цилиндров V-образного ДВС (рис. 11) одинаковы. Аналогично обработке индикаторной диаграммы четырехтактного ДВС выполняется согласование масштабов индикаторной диаграммы и плана механизма и на диаграмме наносят точки, соответствующие положениям механизма. Положения поршня цилиндра II на индикаторной диаграмме показаны через запятую.

Рисунок 11 – Индикаторная диаграмма V-образного двигателя

В стандартных единицах определяются движущие силы, действующие на поршни каждого из цилиндров Р_I и Р_II, из выражений:

Для цилиндра I

;

Для цилиндра II

,

где: - масштабный коэффициент давления газа по оси ординат индикаторной диаграммы, [МПа/мм];

, – ординаты индикаторной диаграммы в мм (рис. 11), соответствующие давлению газа в цилиндрах в зависимости от положения кривошипа;

F – площадь поршней цилиндров, м².

По величине движущих сил строится расчетная нагрузочная диаграмма (рис. 12), на которой изображаются графики нагружения и поршней цилиндров I и II за цикл установившегося движения.

Для каждого положения механизма строятся рычаги Жуковского с нанесением на них в сходственных точках заданных сил и и сил веса звеньев , , , без поворота сил и определяется значение приведенного момента движущих сил. Приведенный момент определяется из выражения

, (54)

где , , - скорости точек А, В, С механизма (рис. 10), определяемые из рычагов Жуковского.

На рис. 13 показаны рычаги Жуковского для 4, 8, и 11 характерных положений механизма. В рассматриваемом механизме силы веса звеньев по сравнению с силами и значительно меньше, поэтому силами веса можно пренебречь и приведенный момент движущих сил определять по формуле (54) только по величине сил и с учетом их знаков. По полученным данным строятся графики приведенных моментов сил движущих (φ) и сил сопротивления (φ) (рис. 14, а).

Рисунок 12 – Расчетная нагрузочная диаграмма V-образного ДВС

Рисунок 13 – Рычаги Жуковского для 8 (а), 11 (б) и 4 (в)

положений механизма V-образного ДВС

Рисунок 14 – Графики приведенных моментов сил движущих , сил сопротивления (а) и работ этих сил , V-образного ДВС

Знаки моментов (φ) определяются направлением векторов сил и скоростей поршней цилиндров I и II. Из рис. 13 следует, что, например, в 4-м положении (рис. 13, в) механизма положительные значения моментов от сил и относительно полюса р₄ повернутого плана скоростей (рычага Жуковского) соответствует их направлению против часовой стрелки. В этом положении силы и действуют по направлению векторов скорости и поршней и являются положительными, соответственно положительными являются и моменты этих сил. Взаимно-перпендикулярные направления векторов сил , и скоростей , (рис. 13, в) обусловлены поворотом векторов , на 90º при построении рычага Жуковского. В 11-м положении (рис.13, б) силы и действуют против направления скорости поршней, момент направлен по часовой стрелке и является отрицательным. В положении 8 (рис.13, а) сила положительна, сила – отрицательна, так как скорость поршня цилиндра II совпадает по направлению с вектором силы , скорость поршня цилиндра I направлена противоположно вектору силы . Сила больше силы , плечи сил h_I и h_II одинаковы и соответственно суммарный приведенный момент от этих сил в положении 8 будет положительным. Анализируя направления векторов скоростей поршней и и сил и , следует помнить, что на рис. 13 векторы скоростей и сил расположены взаимно перпендикулярно, так как в соответствии с методом Жуковского планы скоростей повернуты на 90°. В действительности эти векторы направлены по одной линии.

Под графиком (φ) (рис. 14, а) строят графики работ (φ) и (φ) приведенных моментов сил движущих и сил сопротивления (рис. 14, б). Из условия равенства этих работ на рис. 14, а проводят прямую параллельную оси абсцисс графика (φ) приведенного момента сил сопротивления.