Изучение устройства двигателя внутреннего сгорания
методическая разработка на тему

 Техникум мелиорации и механизации сельского хозяйства (филиал)

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского»  в

п.г.т. Советский

Отчёт защищён

с оценкой         .

                   Малыхина Н.В.

«       »                        2016г.

ОТЧЁТ ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ  РАБОТЕ №1

ПР. 20.02.03.021.001

Дисциплина: «Машины и оборудование для природообустройства»

      Тема:  «Изучение устройства двигателя внутреннего сгорания»

Разработал _                       _                                 

"___"   __________________2016г.

2016

ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКОЕ  ЗАНЯТИЕ №1

Тема:  «Изучение устройства двигателя внутреннего сгорания»

        Цель занятия: изучение устройства дизельных и карбюраторных двигателей, их основных механизмов и систем.

        Оснащение рабочего места: разрезы двигателей, плакаты, стенды с механизмами — кривошипно-щатунным, газораспределения и регулирования, стенды систем — питания, охлаждения, смазки, зажигания и пуска. Фильм.

        Ход работы  : знакомство (под руководством преподавателя) с общим устройством двигателя, его механизмами и системами; определение числа тактов двигателя и последовательности работы цилиндров; составление по заданию эскизов отдельных механизмов и систем с кратким описанием их устройства и работы.

Во время занятий следует обращать внимание на основные регулировки двигателя, контрольно-измерительную аппаратуру, правила технической эксплуатации, возможные неисправности.

В конце занятия — демонстрационный пуск двигателя и показ его работы на различных режимах. Показ  видеофильма.

Выполнение работы .

       В   качестве   силового   оборудования   на  подъёмно-транспортных, строительных и мелиоративных машинах применяют электрические двигатели   постоянного   или переменного   тока,   двигатели    внутреннего     сгорания (карбюраторные и дизельные), гидравлические и пневматические приводы, а также комбинированные приводы   {дизель-электрические, электрогидравлические,   дизель-   или     электропневматические),     превращающие энергию определенного вида в   механическую   работу. В процессе работы рабочие органы машины испытывают различные по величине и характеру изменения нагрузки, которые преодолеваются силовым оборудованием через трансмиссии приводов рабочих органов. Трансмиссия машины служит   для   преобразования   энергии двигателя в механическое  движение   рабочего   органа с заданной кинематикой.

Различают четыре режима работы рабочих органов: легкий, средний, тяжелый и очень тяжелый. Режим работы характеризуется отношением максимальной нагрузки к средней, величиной и направлением скорости движения и продолжительностью непрерывной работы.

 В зависимости от режима работы и возможности использования определенного вида энергии выбирают вид силового оборудования. По количеству силовых установок на машине различают одномоторный (групповой) и многомоторный (индивидуальный) приводы.

При многомоторном приводе каждый основной механизм снабжен индивидуальным двигателем, приводящим в движение соответствующий механизм. Такой привод позволяет регулировать работу каждого механизма независимо друг от друга. Общая трансмиссия привода упрощается, но повышается установленная мощность машины

У машин с одномоторным приводом механизмы приводятся в движение от одной силовой установки и сложной трансмиссии, позволяющей разветвлять мощности в требуемых направлениях Однако такая схема не обеспечивает точного распределения мощности и моментов между механизмами. Это приводит к общему утяжелению конструкции. Одномоторный привод дешевле в изготовлении. Кроме того, облегчается замена одного двигателя другим.

Основной характеристикой привода является его внешняя характеристика — графическое изображение зависимости крутящего момента на валу двигателя от угловой скорости вращения.

Рис. 1.1 Внешние характеристики приводов:
а — для электродвигателей; 1 и 4 — электродвигатель постоянного тока в системе ТГ-Д, 2 — электродвигатель постоянного тока при реостатном управлении, 3 — электродвигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, б — для двигателей внутреннего сгорания; 5 — карбюраторный двигатель, 6 — дизель, 7 — дизель с гидротрансформатором

По виду кривой (внешней характеристики) судят о способности привода воспринимать различные крутящие моменты при различных скоростях движения. Чем круче кривая, тем характеристика более «жесткая», что свидетельствует об узком диапазоне возможного регулирования. Приводы с «мягкой» характеристикой способны автоматически снижать скорость вращения с увеличением крутящего момента и обладают широким диапазоном регулирования.

Электродвигатели постоянного и переменного тока широко применяют на стационарных и передвижных подъемно-транспортных, мелиоративных и строительных машинах. Электродвигатели питаются от электросети или от генераторов, устанавливаемых на самой машине и приводимых в движение другими видами двигателей с автономной системой питания. Для питания электродвигателей машин используют также передвижные электростанции—силовые установки с генераторами, смонтированные на специальных рамах с ходовым оборудованием.

Электродвигатели постоянного тока имеют «мягкую» характеристику и наиболее    приспособлены для строительных машин с тяжелым режимом работы (краны, экскаваторы и др). Такой привод может быть выполнен с одним генератором, питающим соответствующие рабочие электродвигатели и с несколькими генераторами, каждый из которых питает свой электродвигатель.

Привод с одним генератором не исключает возможности перегрузки менее мощных двигателей за счет более мощных.

Многомоторный привод постоянного тока по схеме генератор—двигатель имеет большой диапазон регулирования угловых скоростей и крутящих моментов. Этим приводом широко оснащают экскаваторы большой и средней мощности и некоторые мощные самоходные землеройно-транспортные машины.

Электродвигатели переменного тока имеют «жесткую» характеристику и используются на машинах непрерывного действия с легким и средним режимом. На машинах, работающих со значительными перегрузками, устанавливают одномоторный привод переменного тока в сочетании с гидромуфтами, гидротрансформаторами и электромагнитными муфтами скольжения. Эти механизмы предохраняют- трансмиссию от перегрузок и позволяют регулировать угловые скорости и крутящие моменты на ведомом валу в соответствии с прикладываемой нагрузкой.

Преимущества электропривода —постоянная готовность к работе; удобство в эксплуатации и надежность; возможность реверсирования, автоматического управления и регулирования, высокий к. п. д.; большая кратковременная перегрузочная способность; низкие эксплуатационные расходы.

Основные недостатки электропривода, ограничивающие его применение, — зависимость от источника энергии, повышенная опасность поражения током, сложность электрической схемы при больших мощностях.

Двигатели внутреннего сгорания независимы от источника энергии, имеют относительно   небольшие габариты и массу,   способны   преодолевать   временные перегрузки. Недостатки двигателей внутреннего сгорания: неспособность к реверсированию и пуску под нагрузкой, не большой предел регулирования, высокая стоимость эксплуатации и сложность в изготовлении, трудность эксплуатации при низких температурах, малый срок службы. зависимости от способа образования и воспламенения горючей смеси двигатели внутреннего сгорания делятся на карбюраторные и дизельные.

Карбюраторные двигатели имеют внешнее смесеобразование в специальном, приборе-карбюраторе и принудительное воспламенение от электрической искры. Работают на легком топливе—бензине. Двигатели компактны, мало весят, постоянно готовы к работе. Однако отличаются относительно высоким расходом топлива, изготавливаются ограниченной мощности (до 200 л. с), обладают высокими угловыми скоростями коленчатого вала.1

Дизельные двигатели имеют внутреннее смесеобразование с самовоспламенением горючей смеси под действием высокой температуры воздуха при его быстром сжатии., Дизели работают на тяжелом дизельном топливе допускают большую перегрузку, меньше расходуют топлива и более экономичны по сравнению с карбюраторными. В то же время дизели обладают большей массой,  запуск их затруднен при температуре ниже 5° С.

По числу рабочих цилиндров двигатели внутреннего сгорания бывают одно,- двух-, трех-, четырех-, шести-цилиндровые и т.д. Рабочие цилиндры располагают в ряд — рядный двигатель или в два ряда под углом друг к другу — V-образный двигатель/

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов— кривошипно-шатунного, газораспределения и регулирования и систем— питания, охлаждения, смазки, зажигания и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм служит для передачи усилий и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Состоит механизм из цилиндра, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала и маховика. Сверху цилиндр закрыт головкой.

Механизм газораспределения служит для впуска в цилиндр горючей смеси или воздуха и выпуска из цилиндра отработанных газов путем открывания в определенные промежутки времени впускного и выпускного клапанов. В состав механизма входят: кулачковый распределительный вал, толкатели и пружины, прижимающие клапаны к клапанному   седлу,  шестерни.  привода распределительного вала.

Механизм регулирования обеспечивает изменение угловой скорости коленчатого вала в зависимости от нагрузки двигателя, регулируя количество подаваемой в цилиндр горючей смеси или топлива.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (карбюраторные двигатели) или подачи топлива в цилиндр и наполнения его воздухом (дизельные двигатели). Горючая смесь приготавливается в карбюраторе, где происходит перемешивание горючего с воздухом в требуемых пропорциях, и через впускной трубопровод и впускной клапан поступает в цилиндр.

У дизельных двигателей топливо подается в цилиндр плунжерным топливным насосом высокого давления по специальному топливопроводу через форсунку, которая впрыскивает порцию топлива и распыляет его.

Система охлаждения необходима для охлаждения нагревающихся деталей. Она может быть воздушной и жидкостное.  В последней летом применяют воду, а зимой—живость (антифриз), замерзающую при —40— —45°С.

Система смазки служит для подвода смазки к трущимся поверхностям деталей для уменьшения трения между ними и отвода тепла и продуктов износа.

Система зажигания предназначена для принудительного зажигания горючей смеси от мощных электрических разрядов в виде искры. Дизельные двигатели не имеют системы зажигания.

Система пуска обеспечивает быстрый и надежный пуск двигателя. Пуск осуществляется электрическим стартером (большинство автомобильных двигателей и дизели малой мощности) или вспомогательным бензиновым двигателем (большинство средних и мощных дизельных двигателей).

Современные двигатели внутреннего сгорания работают по четырех- и двухтактному циклу. Рабочий процесс двигателя совершается за один или два оборота коленчатого вала, то есть за два или четыре полных хода поршня от одного крайнего положения до другого. Эти крайние положения, в которых направление движения поршня меняется па противоположное, называются мертвыми точками.

В рабочий процесс четырехтактного двигателя внутреннего сгорания входят следующие операции (такты): наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом; сжатие с воспламенением рабочей смеси от электрической искры в конце сжатия (карбюраторные двигатели) или сжатие и впрыск топлива с его самовоспламенением (дизельные двигатели); сгорание рабочей смеси и ее расширение — рабочий такт; выпуск отработанных газов.

У двухтактных двигателей внутреннего сгорания рабочий процесс происходит за два такта или за один оборот коленчатого вала:

такт сжатия с продувкой камеры сгорания в начале сжатия и с воспламенением рабочей смеси от электрической искры (карбюраторные двигатели) или самовоспламенения впрыскиваемого топлива (дизельные двигатели) в конце сжатия;

рабочий такт—сгорание рабочей смеси и ее расширение и выпуск отработанных газов в конце рабочего хода.

Общим процессом для всех типов двухтактных двигателей является операция «продувка» — удаление отработанных газов из цилиндров потоком свежей горючей смеси или воздуха.

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания не имеют механизма газораспределения, проще по конструкции и в эксплуатации, но менее экономичны

Рассмотрим устройство двигателя внутреннего сгорания на примере дизельного четырехтактного двигателя: МД-14 (рис.11).

Кривошипно-шатунный механизм дизельного двигателя состоит из поршней 6 с компрессионными и маслосъемными кольцами, совершающих возвратно-поступательное движение и воспринимающих давление расширяющихся газов, поршневых пальцев, 5, шатунов 32, коленчатого вала 27 и маховика 30. С помощью этих деталей преобразуется возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал и гильзы цилиндров 14 размещены в неподвижном блок-картере 17. На коленчатом валу имеются коренные и шатунные шейки. Коренные шейки служат опорами коленчатого вала, а шатунные — для установки шатунов и вместе с разъемными вкладышами 10 и 20

Рис. 11. Устройство дизельного двигателя:

1. — головка      цилиндров;
2. — водяная         рубашка блок-картера; 3 — валик декомпрессора;   4—сапун;

8. — поршневой        палец;— поршень; 7— клапан, — пружина        клапана;

— штанга       толкателя; 10        — верхний вкладыш, 11 — форсунка; 12—

9. камера сгорания; 13 — прокладка головки цилиндров; 14 — гильза цилиндров; 16 — толкатель; 16 —распределительный вал;17—блок-картер; 18—шестерня распределительно го вала; 19 — крышка коренного     подшипника;

20        —  нижний вкладыш;— картер        маховика,

21. — шкив; 23 — зубчатый венец; 24, 25 — шестерни привода масляного насоса; 26 — масляный насос; 27        —   коленчатый     вал;28        — маслозаборник;   29 —
    поддон картера; 30 — маховик;   31 — крышка   шатуна; 32 — шатун.

 из антифильтрационных материалов и крышками 19 и 31 образуют подшипники скольжения.

Для снижения неравномерности вращения коленчатого вала на нем укреплен маховик 30, на обод которого напрессован зубчатый венец 23, приводящий во вращение коленчатый вал при запуске от электростартера или пускового двигателя. Маховик закрыт картером 21, к которому присоединяется картер муфты сцепления.

Сверху блок-картер дизеля закрыт головкой цилиндров 1, снизу — поддоном 29, служащим резервуаром для масла. В головке цилиндров расположены камеры сгорания 12, каналы для подвода воздуха и отвода газов, полости для охлаждающей жидкости, укреплены форсунки для подачи топлива и смонтированы клапаны 7 механизма газораспределения. С боковых сторон к головке присоединены впускные и выпускные трубопроводы. Сверху головка закрыта крышкой, на которой установлен сапун 4 для связи нерабочих камер двигателя с атмосферным давлением.

Механизм газораспределения состоит из впускных и выпускных клапанов 7, прижимаемых к клапанным гнездам головки цилиндров пружинами 8.

Управление клапанами осуществляется кулачковым распределительным валом 16, приводимым в движение от коленчатого вала шестерней 18. Кулачок распределительного вала воздействует на толкатель 15 и штангу 9, последняя поворачивает коромысло, которое отжимает клапан от седла. Каждый кулачок управляет только одним клапаном. Кулачки на распределительном валу расположены в определенном порядке под разными углами, что обеспечивает открытие и закрытие клапанов в требуемые моменты, соответствующие порядку работы двигателя.

При запуске двигателя впускные и выпускные клапаны в течение всего цикла открываются, что облегчает прокручивание коленчатого вала. Достигается это воздействием валика декомпрессора 3 на концы коромысел. Дизельный двигатель оборудован системой смазки, обеспечивающей подвод масла по каналам и маслопроводам к трущимся поверхностям деталей. Для подачи масла под давлением и разбрызгиванием в поддоне картера установлен масляный насос 26, приводимый в движение шестернями 24 и 25 от коленчатого вала. Масло в насос, засасывается через маслозаборник 28 с сеткой.

В систему смазки входят также масляные фильтры для очистки масла и масляный радиатор для его охлаждения.

Система питания дизельного двигателя состоит из воздушных и топливных фильтров, обеспечивающих очистку воздуха и топлива, подкачивающей помпы, топливного насоса высокого давления, форсунок и трубопроводов. Привод топливного насоса осуществляется от коленчатого вала шестернями распределения. Подача топлива регулируется рейкой топливного насоса.

Дизельные двигатели, как правило, оборудуют водяной принудительной системой охлаждения. Для этого в блок-картере и головке блока имеются каналы, образующие водяную рубашку. Нагретая вода охлаждается в радиаторе. Циркуляция воды обеспечивается центробежным насосом. Поток воздуха на радиатор создается вентилятором. Привод вентилятора осуществляется клиноременной передачей от шкива 22, установленного на конце коленчатого вала.

Гидравлический привод состоит из насоса, системы распределения, трубопроводов, рабочих цилиндров и рабочих гидродвигателей. Насос приводится в движение от электродвигателя или от двигателя внутреннего сгорания. Преимущественно применяют масляные насосы лопастного, шестеренчатого, плунжерного и аксиально-плунжерного типа производительностью 5—100 л/мин при рабочем давлении 65—135 кгс/см2.

Цилиндр и гидродвигатель преобразуют энергию сжатой жидкости в механическую работу. Гидроцилиндры имеют прямолинейное возвратно-поступательное движение рабочих органов, а гидродвигатели —вращательное движение.        

Положительные качества гидравлического привода: для изменения скоростей по величине и направлению не требуются механические передачи; может работать при больших усилиях; просты в управлении и компактны; надежны в работе. Недостатки: сложны в изготовлении и эксплуатации; необходимо применение дорогостоящих и специальных жидкостей при высокой' и низкой температуре.

Пневматический привод в качестве силового оборудования применяют в пневматическом механизированном инструменте, в сваебойных паровоздушных молотах и в механизмах управления машин,

Привод работает за счет использования энергии ежа того воздуха вырабатываемого в компрессорах поршневого или ротационного типа. В компрессоре воздух, засасываемый из атмосферы, сжимается до рабочего дав ления и подается в резервуар для сжатого воздуха (ресивер), который является аккумулятором. Когда расход воздуха в системе меньше производительности компрессора, ресиверы позволяют отключать компрессор. Кроме того, ресиверы снимают пульсацию в нагнетательных трубопроводах, а также способствуют частичному выделению влаги из воздуха.

По принципу действия компрессоры подразделяются на поршневые и ротационные. В поршневых компрессорах засасывание и сжатие воздуха производится поршнями, совершающими возвратно-поступательное движение. В ротационных компрессорах засасывание и сжатие воздуха осуществляется вращающимся ротором, эксцентрично расположенным в неподвижном цилиндре статора.

Энергия сжатого воздуха используется также для транспортирования некоторых видов строительных материалов (цемент, песок и др.) в пескоструйных аппаратах, в устройствах для нанесения различных покрытий и т.п.

Пневматические двигатели преобразуют энергию сжатого воздуха в механическую работу. Выполняют их в виде пневмоцилиндров и диафрагменных пневмокамер с возвратно-поступательным движением рабочих органов либо ротационных пневмодвигателей вращательного действия.

Преимущество пневматического привода — плавность включения механизмов; недостаток — низкий к. п. д.

Комбинированный привод используют в тех случаях, когда характеристика основного двигателя не соответствует режиму работы машины. Привод чаще всего выполняют в виде дизель-электрических, дизель-пневматических или дизель-гидравлических установок. Возможно применение автоматического управления и регулирования приводами, что упрощает механическую часть машины. Недостатки привода: высокая стоимость силового оборудования, большие масса и габариты.

Контрольные вопросы:

1. Какие виды двигателей применяются для привода мелиоративных и строительных машин, их достоинства и недостатки?

2.Классификация трансмиссий и отличительные особенности в их конструкции и работе.

3. Достоинства и недостатки различных видов трансмиссий..

4. Написать порядок сборки главной муфты экскаватора ( см. Шнейдер В.А.  Мелиоративные и строительные машины . стр 34 )

5. Начертить кинематическую схему трансмиссии привода  

        а — привода отвала бульдозера; б — привода ковша скрепера

6.Начертить схему гидромуфты .

Схема гидромуфты:
1 — насосное колесо, 2 — турбинное колесо, 3 — кожух, 4 — тор, 5 — вал турбинного колеса, 6 — вал насосного колеса