Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания, страница 3

В современных быстроходных форсированных двигателях значение Nл достигает 70–80(кВт/л). Постоянный рост агрегатных мощностей имел и имеет местов двигателях различных типов и назначений. Однако налицо тенденция расширения ассортимента двигателей с небольшими значениямиNe, особенно автотранспортных, атакже двигателей общего многофункционального назначения, которые наиболее приемлемы в условиях современных мегаполисов какс точки зрения экологии, так и экономии расхода энергии.

Литроваямощность таких двигателей должнабыть достаточно высокой. Кромелитровой, рассматривается такжепоршневая мощность (кВт/дм2)N п = pe C m 10t,а также мощность, отнесенная кдиаметру цилиндра D. Указанные141.2. Основные показатели, характеризующие конструкцию поршневого двигателяТип двигателяpe,МПаn,мин-1Автомобильныйчетырехтактный спринудительнымвоспламенением0,75–1,84500–6500Автомобильныйчетырехтактныйдизель (автомобили малой грузоподъемности, легковые)1,2–2,0Автомобильныйчетырехтактныйдизель (автомобили большой грузоподъемности)iN л,кВт/лmN,кг/кВт13,3–17,3 0,85–1,003–850–751–2,53500–420010,0–13,51,0–1,23–830–502,2–3,51,5–2,01800–27009,5–11,01,0–1,33–1222–302,2–4,4Тракторный четырехтактный дизель1,1–1,51800–21008,5–9,51,10–1,353–1217–263,8–5,5Тепловозный четырехтактный дизель0,8–2,4750–11006,5–9,51,0–1,24–2019–21,54,1–5,9750–8507,5–8,51,23–1,3010–1610,8–12,96,1–7,810,5–11,3 1,06–1,116–5618–202,0–2,4Тепловозный двух0,67–0,93тактный дизельCm,м/сS/DСудовой быстроходный четырехтактный дизель1,2–1,351500–2000Судовой среднеоборотный четырехтактный дизель2,2–3,0375–10008,2–9,51,1–1,65–206,9–8,38–22Судовой малооборотный двухтактный дизель1,8–1,961–1207,8–8,52,6–4,24–9 (14)1,9–4,015–45Специального назначения четырехтактный дизель1,8–2,52000–300012–151,0–1,36–1260–703,6–5,910,5–11,21–1,253–645–541,3–1,69–140,77–1,244–930–700,60–1,22Специального назначения двухтакт 0,95–1,25 2600–2800ный дизельАвиационный четырехтактный спринудительнымвоспламенением1,3–1,82500–5500Отношение S/D хода поршня кдиаметру цилиндра во многом определяет протекание важнейших физических процессов в цилиндре, атакже габаритные размеры и массудвигателя.

В высокооборотных двигателях с принудительным воспламенением при уменьшении величи15бенно существенно для двигателейспециального назначения с большой агрегатной мощностью. Именно здесь число цилиндров в выполненных конструкциях достигало42–56 при применении многорядных звездообразных схем. В случаеVобразной схемы число цилиндров достигает 20.

Варьированиечисла цилиндров при постоянныхзначениях D и S является основойпри построении мощностных рядов. С увеличением числа цилиндров повышается равномерность хода двигателя, как правило, улучшается его уравновешенность, облегчается пуск. Вместе с тем усложняется конструкция двигателя, снижается надежность, техническоеобслуживание становится более дорогостоящим.ны S/D до определенного пределаповышаются техникоэкономические показатели двигателя в связи спонижением средней скоростипоршня, повышением механического КПД, снижением высотыдвигателя, повышением жесткостиего отдельных элементов, упрощением задачи размещения органовгазораспределения в головке цилиндров.В дизелях ранее имевшее местоуменьшение отношения S/D сменилось тенденцией его роста, чтообеспечивает более качественноепротекание рабочих процессов вдвигателе.

Немаловажную функцию выполняют более удачные соотношения размеров камеры сгорания, улучшение протекания процессов газообмена в случае двухтактных двигателей. Именно у таких двигателей в последнее времяотношение S/D достигло рекордных значений (4–4,2), что обеспечило существенный рост экономичности.Рациональные значения S/D четырехтактных дизелей немногопревосходят 1, опускаются нижелишь в случае жестких габаритныхограничений, например, у некоторых авиационных двигателей.Число цилиндров i двигателясвязано с диаметром цилиндра D,так как вместе они определяют рабочий объем (литраж) двигателя,который, в свою очередь, влияет назаданную мощность двигателя припринятых уровне форсирования посреднему эффективному давлениюи частоте вращения коленчатоговала.

Причем с уменьшением диаметра D и увеличением числа цилиндров i можно повышать частотувращения коленчатого вала безчрезмерного роста инерционныхнагрузок, что улучшает массогабаритные показатели. Последнее осо1.4. Этапы разработкиконструкторского проектаи создания двигателяСоздание нового двигателявключает: обоснование необходимости его разработки и производства в нужном количестве, необходимые научнотехнические исследования, разработку конструкторского проекта, изготовление опытных образцов и их испытания, доводку с устранением выявленных входе испытаний недостатков, организацию серийного производства.

При этом в современных условиях все большее внимание уделяется технологиям, призванныминтегрировать процессы конструирования, анализа и производства в единую многофункциональную систему для увеличения эффективности использования современныхнаучнотехническихвозможностей на всех этапах создания нового двигателя и повышения его качества.16не содержит описания конкретныхэлементов будущей конструкции.Техническое задание устанавливает назначение, технические характеристики, показатели качестваи техникоэкономические сведенияо новом двигателе, стадии его разработки, состав конструкторскойдокументации, оценку техническогоуровня двигателя по сравнению сдостигнутым уровнем отечественного и зарубежного двигателестроения, сроки выполнения проекта, серийность выпуска, а также определяет заводизготовитель.Техническое задание составляется разработчиком (головным разработчиком) изделия на базе обоснованных техникоэкономических требований заказчика.

В составлениитехнического задания участвуют также конструкторы. На основании согласованного технического заданиямежду потребителем и заводомизготовителем составляется договор, вкотором указывают этапы выполнения работ. Далее начинается главный этап создания нового двигателя – разработка конструкторскогопроекта, в процессе работы над которым создается конструкторскаядокументация. Конструкторская документация включает данные об устройстве двигателя и все необходимые материалы для разработки конструкции, изготовления, контроля,приемки, испытаний, эксплуатациии ремонта.

Конструкторская документация представляется, как правило, на электронных носителях.На основании утвержденноготехнического задания конструкторы двигателя готовят техническоепредложение, отражающее принятое в проекте техническое направление. Оно содержит обоснованиеи оценку, в том числе техникоэкономическую, возможных вариантоврешения задачи с учетом конструкСовременные развитые системыавтоматизированного проектирования (САПР) включают модули САЕ(автоматизированный расчет и анализ), САD (автоматизированноеконструирование), а также САМ(автоматизированная подготовкапроизводства).

Управление проектированием двигателя в целом осуществляется при наличии программной среды PDM (управлениеданными продукта). Это обеспечивает процесс сквозного проектирования в условиях единого информационного пространства с участием различных предприятий в создании и производстве двигателей новых поколений.Обоснованиенеобходимостисоздания нового двигателя можетбыть увязано с разработкой типажа.

Причем используются методынаучного прогнозирования с изучением потребности рынка и конъюнктуры в отношении создаваемого двигателя. Специализация предприятий по выпуску отдельных деталей и узлов двигателей (поршней, поршневых колец, вкладышейподшипников, агрегатов наддува,топливной аппаратуры и др.) облегчает заводамизготовителям выпуск разнообразных моделей двигателей в зависимости от требований заказчика.После того как вопрос о целесообразности создания двигателя решен, проводятся научные исследования в области рабочего процесса,экологии, компоновочных схем,материалов и другие, призванныеобеспечить прогрессивные техникоэкономические показатели будущего двигателя.

Техническое задание является исходным документом для разработки двигателя итехнической документации, содержит все исходные данные, необходимые для разработки проекта, но17техникоэкономическим расчетом,оценкой экологических характеристик, включая виброакустические,проектируемого двигателя.В отличие от технического предложения, в разработке которогоучаствует руководитель проекта снесколькими помощниками, эскизный проект выполняется группой в составе ведущих конструкторов и старших инженеров, работающих под руководством главногоконструктора.После всестороннего обсуждения,защиты и последующего утверждения эскизного проекта разрабатывается технический проект двигателя.Здесь все технические решения,включая конструкцию узлов и деталей, разрабатываются окончательно,а соответствующая конструкторскаядокументация должна давать полноепредставление о двигателе, необходимое для разработки рабочей документации.

Объем конструкторской документации на стадии техническогопроекта существенно увеличивается.Добавляются чертежи узлов двигателя и его систем, перечни комплектующих изделий, специального инструмента; в пояснительную запискувключается обзор существующихконструкций двигателей подобногокласса со сравнительной оценкой заложенных в данном проекте и достигнутых показателей, включая данные по зарубежным аналогам. Рассматриваются вопросы технологииизготовления, масштабов производства, экономической эффективности,техники безопасности и т.д. Все технические расчеты выполняются подробно и в полном объеме.В работе над техническим проектом участвует более широкий состависполнителей.