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柴油机设计
387柴油机设计(活塞连杆组)
摘要
本文主要介绍387柴油机活塞连杆组的设计。
在本次设计中,考虑到387柴油机主要应用于农业生产中的中小型机械,环境往往较为恶劣,需要内燃机具有较好的动力性能为农机产品提供足够的动力。
本次设计在387柴油机基础上加大了活塞的工作行程,改球形燃烧室为W形燃烧室,使其动力性与经济性都有所提高。
但由于工作行程的加大,平衡性变差,噪音与震动加大,在设计时对其采取一定的措施。
燃烧系统采用直喷型,易启动,节能效果明显,可使经济性和动力性大大提高。
发动机转速为3000r/min左右,12h标定功率约27kW,符合当今低速汽车对转速与功率的需求。
通过参数与工艺性能的控制可使燃油消耗率保持在245g/kW.h以内。
本文着重讨论了活塞连杆组部位的设计要求与特点。
本人主要任务是设计387柴油机的活塞连杆组,首先根据柴油机的性能指标对柴油机主要的性能参数进行了选择。
然后在参照387柴油机的活塞连杆组进行结构设计。
在阐述活塞连杆组设计过程的同时也对主要零部件的设计要点作了总结。
本说明书中重点论述了387柴油机活塞连杆组的设计依据与设计过程。
关键词:
柴油机,活塞,连杆
THEDESIGNOF387DIESELENGINE(PARTSOFPISTONGROUP)
ABSTRACT
Thispapermainlyintroducesthedesignofthe387dieselenginepartsofpistongroup.Inthisdesign,consideringthe387dieselenginesaremainlyappliedinsmallandmedium-sizedmachinery,agriculturalproductionenvironmentisbad,needoftenhasbetterperformanceforinternalmachineryproductsprovideenoughpower.TheDiesel387whichdesignedthistimeisonthebasisoftheoldDiesel387andincreasingthepistonstroke,withitspowerperformanceandeconomicalefficiencyenhanced.However,becauseoftheworkitineraryincreased,itsbalancebecameworse,noiseandvibrationalsoincreased.Sointhisdesign,Ihavetotakesomecertainmeasures.CombustionChamberusinginjectiontype,easytostart,energysavingeffect,andcanmaketheefficiencyandperformanceimprovedgreatly.Theenginespeedis3000r/min,about27kW/12hcalibrationpower,speedandthecurrentlowpowerofthecarneeds.Throughtheparametersandprocessperformancecontrolcanmakefuelconsumptionin245g/kW.Thispaperdiscussesthedesignrequirementsandcharacteristicsofthecylinderimportantparts。
Mymaintaskistodesign387enginepartsofpistongroup.Onthefirst,accordingtothediesel’sperformancetarget,Ishouldtochoosethemainperformancemarkofthediesel.Theninthelightofthedesignof387dieselpartsofpistongrouptodesignthestructure.Whenexplainedtheprocessofthepartsofpistongroupdesign,Ialsosummarizedthemainparts.Thisthesisfocusedonexpoundingthefoundationandprocessofthe387dieselenginepartsofpistongroupdesign.
KEYWORDS:
dieselengine,thepiston,theconnectingrod,
第一章前言
活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来,经过不断改进和发展,已是比较完善的机械。
它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好,所以获得了广泛的应用。
全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力。
海上商船、内河船舶和常规舰艇,以与某些小型飞机也都由内燃机来推进。
世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位,它在人类活动中占有非常重要的地位。
§1.1柴油机技术概述与发展趋势
1882年德国人狄赛尔(RudolfDiesel)提出了柴油机工作原理,1896年制成了第一台四冲程柴油机。
一百多年来,柴油机技术得以全面的发展,应用领域越来越广泛。
大量研究成果表明,柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。
装备了最先进技术的柴油机,升功率可达到30~50kW/l,扭矩储备系数可达到0.35以上,最低燃油耗可达到198g/kW·h,标定功率油耗可达到204g/kW·h;柴油机被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等广阔的领域,尤其在车用动力方面的优势最为明显,全球车用动力“柴油化”趋势业已形成。
在美国、日本以与欧洲100%的重型汽车使用柴油机为动力。
在欧洲,90%的商用车与33%的轿车为柴油车。
在美国,90%的商用车为柴油车。
在日本,38%的商用车为柴油车,9.2%的轿车为柴油车。
据专家预测,在今后20年,甚至更长的时间内柴油机将成为世界车用动力的主流。
世界汽车工业发达国家政府对柴油机发展也给予了高度重视,从税收、燃料供应等方面采取措施促进柴油机的普与与发展。
§1.1.2柴油机技术的发展趋势
现代高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少,作为汽车动力应用日益广泛。
西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机,而且轿车采用柴油机的比例也相当大。
最近,美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发的新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。
经过多年的研究、大量新技术的应用,柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破,达到了汽油机的水平[4]。
现在,科技的发展日新月异,柴油机新技术的开发和应用所需要的时间也越来越短。
§1.2我国柴油机技术的发展
我国柴油机产业起步相对较晚,但是自20世纪80年代以来有了较快的发展。
随着一批先进机型和技术的引进,我国柴油机总体技术水平已经达到国外80年代末90年代初水平,一些国外柴油机近几年开始采用的排放控制技术在少数国产柴油机上也有应用。
最新开发投产的柴油机产品的排放水平已经达到欧Ⅲ排放限值要求,一些甚至可以达到欧Ⅳ排放限值要求。
但我国柴油机产业的整体发展仍然面临着许多问题,与国外柴油机相比还有一定的差距。
我国柴油机产业的整体发展面临着许多问题:
(1)柴油机行业投入不足,严重制约了生产工艺水平、规模发展和自主开发能力的提高;
(2)柴油品质差、柴油标准的修订严重滞后于汽车工业发展的需要,对柴油机技术的发展与各种新技术、改善柴油机排放措施的应用造成障碍;(3)我国柴油机技术的落后、产品质量差以与车辆使用中维修保养措施不力,导致低性能高排放柴油机在使用中对城市环境和大气质量造成不良的影响。
随着环保法规的日益严格,光靠增压中冷技术已不能满足日益严格的环保要求,这就需要更新的柴油机电控喷射技术来支持。
现在国内的柴油机电控喷射系统正处在开发阶段。
比如上海内燃机研究所、无锡油泵油嘴研究所等正在积极研究之中。
无锡油泵油嘴研究所已把部分成果应用到双燃料机上实现了天然气和液化石油气的电控化,目前正进行匹配试验。
根据目前我国发动机的状况,提高我国柴油机技术水平急需解决下列的关键技术:
1、关键零部件技术:
如油泵油嘴和增压中冷。
2、燃油品质:
优质低硫的柴油是柴油机满足日益严格的排放法规的前提。
3、电控技术:
柴油机电控技术对于发动机综合性能的优化和提高至关重要。
4、排放后处理关键技术:
如废气再循环技术(EGR),微粒捕集技术以与NOx催化转化技术。
5、整机开发与匹配技术:
如柴油机燃油、进气与燃烧系统的匹配与优化技术,重型车用与轿车用柴油机技术。
6、柴油机的制造、工艺与材质等技术。
随着中国机械工业的发展,特别是制造工艺水平的提高,相信中国的内燃机工业也会有一个很大的提高。
第二章整体设计
§2.1柴油机设计的总体要求
在结构设计和总体布置设计时,要求尽可能采用一般钢材,零部件的工艺性要好,要适合于大量生产。
它们的附属系统(如供油系、起动机、三滤、散热器等)往往都是专业化生产的。
这就更严格地要求符合“三化”的规定。
而且要求这些柴油机的重量轻、体积小、质量好、效率高、机构简单、使用方便,此外对于发动机的启动性和制造工艺性以与使用维修方便性的要求也是很重要的。
例如动力性与经济性,重量轻与使用寿命长,性能指标与制造成本等等。
在柴油机的排放方面,由于柴油机排出有害气体(NOX、CO、HC等)连同噪音、臭味等共同构成了人类环境的污染源之一。
国外已经严格控制发动机的排放,为其制定相应的标准,我国现在采用欧洲排放标准,法规规定到2008年一些较大城市(如北京、上海)实行欧Ⅳ排放标准,其它地区逐年实现。
。
§2.2柴油机的设计要求
柴油机的总体设计是在注重节约能源的同时又加强了对排放性的要求,提高了产品的适用性。
根据柴油机的设计要求对其主要参数进行选择。
作为农用机械动力的387柴油机,因其配套种类繁多,其性能、结构和使用情况随地区不同而差别悬殊,且大部分农用柴油机工作环境恶劣,同时使用负荷不均,有时超负荷,有时负荷较低,而且可能性连续工作几十个小时以上,故柴油机的设计要求如下:
1、使用的可靠性和耐久性,这是作为农用柴油机的重要要求,因此选用较低的活塞平均速度和平均有效压力,目前多数为四冲程柴油机。
2、要有好的经济性,造价低廉,燃油和机油消耗率低。
3、易起动、好操纵、维修方便,适合于农村的使用条件。
4、要有好的动力性,柴油机发出的功率要能够满足使用的要求。
5、空气、燃油、机油滤清器的过滤面积要大,且容易清洗和更换。
§2.3387柴油机简介
387柴油机主要用于轮式拖拉机动力,经过一定改装和调整后,可用于排灌动力、发电机组和小型载重汽车上。
其特点是结构紧凑、重量轻、性能好。
387柴油机的技术参数:
型式:
直喷、直列、三缸、立式、水冷、四冲程、ω形燃烧室
活塞行程/气缸直径:
104/87
标定功率/转速:
27/3000(kW/
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