《动力设备J》PPT课件

制作：刘艳旺Email：lywzjt,主讲谢先顺,-发动机概述,作业机械第二章,动力设备,制作：刘艳旺Email：lywzjt,一、发动机概念,二、内燃机的基本构造及术语,三、内燃机的分类,四、内燃机的性能指标,第一节发动机概述,五、内燃机名称及型号编制规则,制作：刘艳旺Email：lywzjt,1.发动机：将某一种形式的能量转变成机械能的机器。,一、发动机概念及应用,目前的传统发动机都是将燃料的化学能转变为热能，再由热能转变为机械动力。,能量的形式有哪些？,何为机械能？,制作：刘艳旺Email：lywzjt,（1）内燃机：燃料在机器内部燃烧，将热能转变成机械能的机器。内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好等优点，因而广泛应用于飞机、船舰以及汽车、拖拉机、坦克、工程机械等。内燃机一般用石油燃料，排出的废气中所含有害气体成分较高。内燃机根据其将热能转化为机械能的主要构件的形式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。,2.热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,（2）外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能的热力发动机。,（3）热机比较：外燃机-体积大，重量重，热效率低；内燃机-热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好,石油燃料消耗大，有污染；燃气轮机和喷气式发动机-优点：重量轻，尺寸小，结构简单，扭矩特性好，振动小及排气中有害气体少。缺点：热效率低，燃料消耗高。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,二、内燃机的基本构造及术语,缸盖,气门,曲轴,连杆,活塞,气缸,机体,发动机的构造如何？,喷油嘴,制作：刘艳旺Email：lywzjt,基本术语,上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R),气缸工作容积(Vh)发动机排量(VL)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va),压缩比,制作：刘艳旺Email：lywzjt,上止点：活塞顶离曲轴中心线最远的位置下止点：活塞顶离曲轴中心线最近的位置活塞行程（S）：上下止点间的距离S=2R,S,制作：刘艳旺Email：lywzjt,气缸工作容积（Vh）：活塞由上止点到下止点运动扫过的容积。发动机工作容积（排量VL）：发动机全部气缸工作容积之和。,Vh=D2S10-6/4（L）D气缸直径mmS活塞行程mmi-缸数,VL=Vhi,制作：刘艳旺Email：lywzjt,燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时其上方的容积气缸总容积（Va）：活塞在下止点时其上方的全部容积Va=Vc+Vh压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比=Va/Vc,制作：刘艳旺Email：lywzjt,1.按照所用燃料分类：汽油机和柴油机。汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能好，其主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造维修费用高。,三、内燃机的分类,制作：刘艳旺Email：lywzjt,可分为四行程内燃机和二行程内燃机。曲轴转两圈(720)，活塞往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；曲轴转一圈(360)，活塞往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。,2.按照行程分类,制作：刘艳旺Email：lywzjt,水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用冷却液作为冷却介质进行冷却的；风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。,3.按照冷却方式分类,制作：刘艳旺Email：lywzjt,单缸发动机和多缸发动机：仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。,4.按照气缸数目分类,制作：刘艳旺Email：lywzjt,5.按照气缸排列方式分类,可以分为单列（直列）式和双列式：单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的；双列式发动机把气缸排成两列，称为V型发动机，若两列之间的夹角=180称为对置式发动机。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,吸入式和增压式两种。汽油机常采用非增压式（自然吸气式）；大型柴油机为了提高功率常采用增压式。,6.按照进气方式分类,制作：刘艳旺Email：lywzjt,点燃式和压燃式两种：汽油机常采用点燃式，柴油机常采用压燃式。,7.按照点火方式分类,8.按照启动方式分类,（1）人力启动（2)电力启动（3）汽油机启动（4）压缩空气启动,制作：刘艳旺Email：lywzjt,1、转速指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。,四、内燃机的性能指标,2、有效扭矩指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Te表示，单位为Nm。它是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,3、有效功率有效功率是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。通常用Pe表示，单位为kW。式中：Te有效扭矩，单位为Nm；n曲轴转速，单位为r/min。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,4、燃油消耗率是指发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量，燃油消耗率通常用ge表示，其单位为g/kwh，计算公式如下,式中：GT每小时的燃油消耗量，kg/h；Pe有效功率，kw。,很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,5、燃油消耗量是指发动机在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗量通常用GT表示，其单位为kg/h；，计算公式如下,式中：GT每小时的燃油消耗量，kg/h；Pe有效功率，kw。,GT=geXPe/1000(kg/h),每个班用油量？,6135AK-6柴油机的额定功率为119kw、燃油消耗率为238g/kwh，每个班消耗多少？,G=geXPeXt/1000(kg),=238X119X8/1000=227(kg),制作：刘艳旺Email：lywzjt,为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB72582)内燃机产品名称和型号编制规则中对内燃机的名称和型号作了统一规定。1.内燃机的名称:按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。2.内燃机型号:由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。,五、内燃机名称及型号编制规则,制作：刘艳旺Email：lywzjt,内燃机型号由以下四部分组成：首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。,一般用数字表示顺序，与前面的符号用一短横隔开。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,区分（变形）符号：,用数字表示顺序，与前面的符号用一短横隔开，该数字序号由系列产品的主导厂按产品出现的顺序统一编号,制作：刘艳旺Email：lywzjt,EQ61001型汽油机：表示二汽生产、六缸、四冲程、缸径100mm、水冷、通用型、第一种变型汽油机。PZ12V190B柴油机：表示12缸、V形、四冲程、缸径190mm、水冷、增压、第二次变形的机组配套用柴油机。6135AK-6柴油机：表示六缸、四冲程、缸径135mm、活塞行程150毫米（无A为140毫米）、水冷、工程机械变型产品、第六次改型柴油机。6130T3柴油机：表示六缸、四冲程、缸径130mm、水冷、拖拉机用、第三次变型柴油机。,型号编制举例,制作：刘艳旺Email：lywzjt,发动机为美国CAT系列柴油机,四冲程、水冷涡轮增压，整机重量轻，体积小，功率范围广，燃油经济性好，全程式调速器对负荷变化响应速度快。性能参数：发动机型号C15发动机功率540hp/2100rpm旋转方向（从飞轮看）反时针方向旋转适应环境温度-25+40,XJ100修井机的发动机,制作：刘艳旺Email：lywzjt,第二节内燃机工作原理,一、四冲程柴油机的工作原理,二、四冲程汽油机的工作特点,三、多缸发动机的工作顺序,四、柴油机的总体构造,制作：刘艳旺Email：lywzjt,进气冲程,排气门关闭,进气门开启,活塞,温度370400K，压力0.070.09MPa,活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。进气门打开，排气门关闭。气缸容积增大，在真空吸力的作用下，油气混合气经进气门进入气缸，活塞到下止点时，进气门关闭，进气行程结束。Ta=300400K曲轴转过:540o720o作用：吸入新鲜空气,曲轴转过0o180o,1.工作原理,制作：刘艳旺Email：lywzjt,压缩冲程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,压缩比：=Va/Vc,温度750950K，压力35MPa,进、排气门均关闭。活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。气缸容积逐渐减小，混合气不断被压缩，温度压力同时升高，活塞到达上止点时，压缩行程结束。此时，气缸内压力为35MPa,温度750950K,远高于柴油的点燃温度。曲轴转过:180o360o作用：压缩空气，为燃烧创造条件,曲轴转过180o360o,制作：刘艳旺Email：lywzjt,作功冲程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,瞬时最高：温度18002200K，压力69MPa,作功终了：温度10001200K，压力0.20.4MPa,活塞从上止点向下止点运动。进气门、排气门均关闭。压缩行程末，喷油嘴向燃烧室内喷入雾状柴油，迅速着火燃烧，气体产生高温、高压并膨胀，推动活塞迅速下行，通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功。曲轴转过:360o540o作用：燃烧产生热量，高温高压气体膨胀做功,曲轴转过360o540o,制作：刘艳旺Email：lywzjt,排气冲程,进气门关闭,排气门打开,活塞,残余废气,在作功行程终了时，排气门被打开，活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动。废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸，至活塞运动到上止点时，排气门关闭，排气行程结束。曲轴转过:540o720o作用：排出膨胀做功后的废气,曲轴转过540o720o,终了压力:105120kPa温度:700900oC,制作：刘艳旺Email：lywzjt,2.工作特点：(1)活塞往复运动四个冲程，曲轴转两周（720），完成一个工作循环。(2)四个冲程，只有一个冲程作功，其余都消耗功。(3)着火方式：压燃式。(4)发动机初始运转须依靠外力。,(5)发动机着火的基本条件是油：燃料，高压雾状；气：新鲜空气；温：燃烧室内有足够压力和温度；时：准时喷入柴油，定时开关气门。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,二、四冲程汽油机的工作特点,四冲程柴油机和汽油机的工作循环有哪些相同之处？,制作：刘艳旺Email：lywzjt,排气行程,温度750-1000K压力3-5MPa,瞬时：温度2000-2500K压力6-9MPa,吸气行程,压缩行程,作功行程,进入纯空气,喷油器喷入雾状柴油,四冲程柴油机和汽油机工作循环的不同点？,温度600700K，压力0.61.5MPa,进入混合气,火花塞点燃,瞬时最高：温度22002800K，压力35MPa,制作：刘艳旺Email：lywzjt,1.相同点：,（1）曲轴转两转(720)，活塞运动四次完成一个工作循环。,（3）第一个循环，必须有外力使曲轴旋转进行进气、压缩冲程，着火后，完成作功冲程。,（2）四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其余要消耗动力。,四冲程柴油机与汽油机工作原理的异同点,制作：刘艳旺Email：lywzjt,2.不同点,制作：刘艳旺Email：lywzjt,从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。修井机械上实际应用的是多缸发动机，用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。,四、多缸四冲程内燃机的工作顺序,制作：刘艳旺Email：lywzjt,多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程)各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。各缸做功行程顺序：直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3直列六缸：1-5-3-6-2-4,制作：刘艳旺Email：lywzjt,五、柴油机的总体构造,汽油机通常由二大机构、五大系统组成；柴油机由二大机构、四大系统（无点火系）组成,制作：刘艳旺Email：lywzjt,在作功行程中？在进气、压缩和排气行程中？,它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。,1.曲柄连杆机构,它是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。,2.配气机构,配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组组组成。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,功用：汽油机是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。,3.燃料供给系统,制作：刘艳旺Email：lywzjt,制作：刘艳旺Email：lywzjt,功用：将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。,5.冷却系统,组成:冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,功用：向零件运动表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。,6.润滑系统,组成：油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。,7.起动系统,发动机怎样由静止到运动？,曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地运转的全过程，称为发动机的起动。,完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,第三节发动机起动系统:一、启动的概念二、发动机的起动方式三、电启动系统的组成四、整个启动过程五、使用注意事项,制作：刘艳旺Email：lywzjt,发动机怎样由静止到运动？,曲轴在外力作用下从开始转动，到发动机开始自动运转的全过程，称为发动机的启动。,完成启动过程所需的装置，称为发动机的启动系统。,一、启动的概念,1、启动和启动系统,制作：刘艳旺Email：lywzjt,2、发动机的启动条件,启动转矩：能够使曲转旋转的最低转矩称为启动转矩。启动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。启动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。,启动转速：能使发动机启动的曲轴最低转速称为起动转速。在020时，汽油机的起动转速为3040r/min，柴油机的起动转速为150300r/min。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,二、发动机的起动方式,1人力启动：将摇手插入起动爪，用人力摇转曲轴，使发动机起动；用起动绳缠绕飞轮，然后拉动绳转动飞轮，实现发动机起动。人力起动方式主要用于小型柴油机和汽油汽油机。,2压缩空气启动：将压缩空气通过空气分配器，按发动机的工作顺序送入气缸，推动活塞运动，带动曲轴旋转，实现发动机起动。其优点是功率大，起动可靠。缺点是起动系统复杂。主要用于固定式大、中型柴油机和船舶柴油机的起动。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,3电起动,在点火开关或起动按钮的控制下，电动机将蓄电池的电能转化为机械能，通过起动机驱动齿轮带动发动机飞轮齿圈、曲轴旋转。,是现代汽车、拖拉机和和工程机械广泛使用的起动方法。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,三、启动系统的组成,起动机和电路,传动装置,控制机构,电动机,电路,制作：刘艳旺Email：lywzjt,（一）起动机的组成,起动机俗称“马达”，由直流电动机、传动机构和控制装置三大部分组成。,直流电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩。,传动机构的作用是将驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈，将直流电动机的电磁转矩传给曲轴，发动机起动后迅速切断曲轴与电动机之间的动力传递，防止曲轴反拖电动机。,控制装置的作用是接通或切断起动机与蓄电池之间的主电路，并使驱动齿轮进入或退出与飞轮齿圈的啮合。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,（二）电起动系统电路,主要由起动开关、起动继电器、启动机、蓄电池等四部分组成。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,3、蓄电池：,蓄电池是一种化学电源，靠其内部的化学反应来储存电能或向用电设备供电。蓄电池主要有两大类：铅酸蓄电池（铅蓄电池）和镍碱蓄电池。,铅蓄电池的结构原理,制作：刘艳旺Email：lywzjt,电解液电解液在蓄电池的化学反应中，起到离子间导电的作用，并参与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸（H2SO4）与蒸馏水按一定比例配制而成，其密度一般为1.241.30g/cm3。电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，则粘度增加，反而降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。电解液密度应随地区和气候条件而定。,制作：刘艳旺Email：lywzjt,蓄电池的作用：与发电机并联向用电设备供电。在发动机起动时，向起