Фора бензиновому… Дизельный двигатель и мотоцикл изобрели почти одновременно, но эволюционировали они по-разному и в разных «разделах» техники. И мало кому приходило в голову, что в один прекрасный момент сольются воедино. Конечно, сегодня мотоциклы с дизелем – экзотика, их в ограниченном количестве выпускают в Индии по лицензии английского Royal Enfield.
Но вот недавно появилось сообщение о том, что американцы в рамках одной из программ Пентагона сделали несколько опытных образцов такого рода аппаратов (см. «Мото», № 11-2005). А между тем, без многотысячных долларовых вливаний дизельный мотоцикл разработал изобретатель-одиночка Иван Олифир из города Борзна Черниговской области Украины. Причем, недавно собранная дизельная Jawa – уже второй его вариант.
Первым был «Тайк»: в ходовку «Днепра» Олифир установил чешский 1-цилиндровый 2-тактный бесклапанный дизель (см, «Мото», № 7-2005). Хотя аппарат и потреблял горючего в полтора-два раза меньше «родного» мотора, изобретатель понимал, что сделанное – далеко не предел совершенства. Во-первых, следует приспособить более прогрессивный 4-тактный мотор на солярке, а во-вторых, установить его в раму двухколесного мотоцикла. Какого? Олифир не сомневался: конечно, Jawa!
Между рулевой колонкой и топливным баком дополнительная панель приборов – с термометром и манометром, показывающими температуру и давление масла.
Взял в работу отечественный 1-цилиндровый 4-тактный дизель непосредственного впрыска СН-6Д (его применяют в небольших стационарных компрессорных и генераторных установках). Чудес не бывает: потрясающая экономичность агрегата оборачивается весьма значительной – почти вчетверо меньшей мощностью, чем у мотора Jawa – всего 6 л.с. при 3000 об/мин, а показатель максимального крутящего момента (1,5 кг-м) примерно вдвое ниже. Но зато такой момент выдается при намного меньших оборотах! На «низах» дизель даст фору бензиновому двухтактнику в тяговитости.
«Днiпро jawa»
Олифир перекомпоновал весь «зад» мотоцикла. Из «Днепра МТ-10» в Jawa перекочевали: КП, карданная передача с мостом и задним колесом, а также маятник. На коническую заднюю шейку коленвала через специально выточенный переходник посадил маховик от МТ-10, через дюралевую проставку к картеру двигателя присоединил коробку передач. Так как силовой агрегат получился намного длиннее «родного» мотора и не помещался в раму, ее пришлось разрезать и удлинить на 280 мм. После чего двигатель закрепил на четырех сайлент-блоках.
Для крепления «днепровского» маятника в раму умелец вварил новые опоры, благодаря чему смог использовать славящиеся долговечностью «родные» «явские» резиновые втулки. Но маятник пришлось сузить – вырезать его среднюю часть, а затем сварить половинки между собой.
Чтобы оптимально использовать мощность и тяговое усилие двигателя, в главной передаче установил «ускоренный» редуктор-»девятку» с передаточным числом 3,89 от мотоцикла М-72.
Попробуй, угони!
Поскольку удлинил раму, руль пришлось основательно перекроить – загнуть рукоятки назад: без этого до руля сложно дотягиваться. А с такими управлять удобно. По словам изобретателя, ему удалось свести к минимуму усталость в дальних поездках. В целом же удлиненная база в сочетании с «явской» подвеской обеспечивает мотоциклу очень мягкий ход.
Несмотря на то, что мощность дизеля почти вчетверо меньше, чем у «родного» мотора, максимальная скорость на дороге без уклонов упала всего на четверть – до 90 км/ч. Что следует считать нормальным показателем. Сравним с «Иж-7» с движком мощностью 6,5 л.с.: он также разгонялся до 90 км/ч.
Поскольку в дизеле непосредственный впрыск топлива, звучит он жестко, громко, с характерным стуком. И «не любит» небольших оборотов. Кому-то это не очень понравится. Но за экономичность и беспроблемный запуск приходится чем-то расплачиваться.
Возле педали тормоза еще один рычаг – включения задней передачи.
Легал
Любого изобретателя или передельщика интересует не только «железная», но и «бумажная» сторона дела. Рассказываем.
На воплощение своей идеи в металле и оформление необходимых документов Олифир затратил около четырех лет. Он на собственной шкуре испытал то, о чем говорил Рудольф Дизель, когда рассказывал историю создания его мотора: «То было страшное время борьбы с глупостью, тупостью, завистниками и конкурентами». Ведь при благоприятно сложившихся обстоятельствах, считает черниговский самородок, мог бы управиться месяца за три.
Но случались и удачи. Скажем, зарегистрировать замену штатного двигателя «Явы» на дизельный оказалось на удивление несложно. Согласовал конструкцию в ГосавтотрансНИИпроекте, где получил акт технической экспертизы, а также разрешение на установку двигателя и карданной главной передачи. После того, как предъявил мотоцикл и документы на него в МРЭО, в свидетельство о регистрации были внесены соответствующие изменения. Машина узаконена!
Какие понес затраты? Переоборудование (если не считать стоимость собственного труда) обошлось примерно в $500. В эту сумму входит стоимость двигателя (дизель СН-6Д можно приобрести в магазине при заводе-изготовителе примерно за $300 со всеми необходимыми документами), коробки передач, кардана, маятника, главной передачи, генератора, других комплектующих, а также оплата различных токарно-фрезеровочных работ.
Продольно расположенный в дизеле коленвал вызвал появление карданной передачи и моста главной передачи.
За ними будущее?
Мотоцикл на ходу, все в нем работает, но изобретатель продолжает его совершенствовать. Олифир уверен, что в недалеком будущем такие агрегаты станут востребованными, так что в массы должны пойти доведенными. Массы оценят, ведь расход топлива на 100 км пути составляет в среднем 1,6 л по асфальту, 1,8 л – по грунтовой дороге и 2,0-2,2 л – при движении по городу. Это примерно в три раза меньше, чем потребляет движок обычной Jawa. На одном заправленном баке можно проехать более тысячи километров. Фантастика!. А ведь горючее дорожает, и всем нам пообещали, что продолжит дорожать.
Техническая характеристика JAWA-375D
Двигатель – СН-6Д
Владимир ШЛЯХОВОЙ, г.Киев, Украина, фото автора, источник материала: журнал «МОТО»
Просмотров: 7 025
customoto.com
|
Дизель СН-6Д-11 |
|
|
|
|
|
Дизель СН-6Д-11 предназначен для привода сельскохозяйственных |
|
|
мотоблоков, минитракторов, электрогенераторов, компрессоров, |
|
|
водяных насосов, дорожно-транспортных машин и других агрегатов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.Основные параметры и характеристики. |
|
|
|
|
|
Тип дизеля |
Одноцилиндровый, |
|
|
вертикальный, |
|
|
верхнеклапанный, 4-х тактный с |
|
|
непосредственным впрыском |
|
|
топлива |
|
Диаметр цилиндра |
80, мм |
|
Ход поршня |
75, мм |
|
Рабочий объем цилиндра |
375 x 10 –6, куб.м. |
|
Номинальная частота вращения коленчатого вала |
3000 об./мин. |
Номинальная мощность |
3,8 - 4,4 кВт |
|
Удельный эффективный расход топлива |
279 г/кВт*ч |
|
Удельный расход масла на угар |
2,0 – 2,2 г/кВт*ч |
|
Масса дизеля сухая |
54, кг |
|
Габаритные размеры: - длина |
480 мм |
|
- ширина |
270 мм |
|
- высота |
533 мм |
|
Ресурс дизеля до первого капитального ремонта |
2000 ч |
|
|
|
|
Условия надежной работы дизеля. |
|
|
|
|
|
Температура окружающего воздуха |
253 – 313 К |
|
Крен |
20* |
|
Дифферент |
20* |
|
Высота над уровнем моря не более : |
1000 м |
www.tok-diesel.narod.ru
2.6. Конструкторская часть
2.6.1. Установка двигателя СН-6Д
и КПП
2.6.2. Установка двигателя УД-25
и КПП
2.6.3. Модернизированный кронштейн для установки двигателя 196432 вместо СН-6Д
2.6.3. Модернизированный кронштейн для установки двигателя 196432 вместо УД-252.6.5. Расчёт кронштейна-переходника (2.6.4.)
2.6.5.1. Общие положения
Расчёт усилий, передаваемых на переходник от динамических нагрузок в моторной установке и её веса, а также прочности самого переходника проводится в связи с заменой модели устанавливаемого двигателя и конструкции переходника. Так как нет подробной технической характеристики карбюраторного ДВС модели 196432, выпускаемого фирмой B&S (США), расчёт носит ориентировочный характер.
Цели расчёта:
убедиться в отсутствии чрезмерных динамических нагрузок даже в условиях работы моторного агрегата в условиях резонансных (по отношению к несущей конструкции) режимах;
проверить наличие достаточного запаса прочности новой конструкции переходника при воздействии упомянутых нагрузок;
проверить техническую пригодность применяемых резиновых амортизаторов при установке новых модели ДВС.
2.6.5.2. Расчёт нагрузок, создаваемых ДВС B&S 196432
2.6.5.2.1. Известные технические данные двигателя 196432
| Тип | 4-х тактный карбюраторный |
| Число цилиндров | 1 |
| Мощность номинальная | Nном= 8 л.с.=5,89 кВт |
| Номинальная частота вращ. | n=3000 мин-1 |
| Диаметр цилиндра | Dп=2,5=63,5 мм |
| Ход поршня | S=3=76,2 мм |
| Масса двигателя | mдв50 кг |
2.6.5.2.2. Расчёт недостающих технических данных
Средний крутящий момент по колен. валу:
Нм.
Площадь цилиндра (поршня):
м2.
Суммарная площадь всех цилиндров:
м2.
Объём рабочих камер:
м3.
Среднее индикаторное давление:
кПа или кгс/см2
тактность ДВС.
Принимаем кгс/см2.
Радиус кривошипа:
мм = 0,0381 м.
Отношение радиуса кривошипа r к длине шатуна lш .
2.6.5.2.3. Расчёт замещающей массы
поршневой группы
Замещающая масса поршневой группы:
, где
mп натуральная масса поршня;
mш натуральная масса шатуна;
lш расстояние между осями расточек шатуна в поршневой и кривошипной головке;
lшк расстояние от оси расточки в кривошипной головке шатуна и центром тяжести шатуна.
Конструктивная масса поршня:
.
Конструктивная масса шатуна:
.
Тогда кг;
кг.
Принимаем .
Замещающая масса поршневой группы (локализованная на оси пальца) равна:
кг.
2.6.5.2.4. Расчёт сил инерции поршневой группы
Силы инерции, приложенные к поршневой группе, вызываются возвратно-поступательным движением поршня. В расчётах рекомендуется учитывать 1-ую и 2-ую гармоники переменной силы инерции, приложенной к поршневой группе вдоль оси цилиндра:
угол поворота кривошипа из верхнего мёртвого положения;
Наибольшее значение усилия на поршневой группе:
Максимальная величина ускорения поршня:
2.6.5.2.5. Расчёт переменной части опрокидывающего момента, создаваемой силами инерции на поршневой группе
Момент от силы инерции поршневой группы, передаваемый касательной составляющей усилия на шатуне на колен. вал, равен с точностью до 4-ой гармоники:
Амплитудные значения гармоник момента Мw :
2.6.5.2.6. Расчёт переменной части опрокидывающего момента от непостоянства давления газов
Опрокидывающий момент, действующий на корпус двигателя и далее на несущую конструкцию моторной установки в целом, равен крутящему моменту на оси колен. вала: Мопр = Мкр
Поэтому Мопр определяется выражением:
Мо средний крутящий момент;
Мк амплитудное значение к-ой гармоники момента;
w угловая частота колебаний; для 4-х тактного двигателя w = (1/2)wв; wв угловая скорость вращения колен. вала; начальная фаза к-го момента.
Мк определяют по формуле:
Мк = ТгкrFп , где
Тгк к-ая гармоника тангенциальной силы, отнесённой к единице площади цилиндра.
Так как w = 1/2wв , то порядок k кратен 1/2:
k = 1/2; 1; 11/2; 2; 21/2...
| Порядок гармоники k | 1/2 | 1 | 11/2 | 2 | 21/2 |
| Тгк (Н/м2) | 3,4105pi | 3,4105pi | 3,1105pi | 2,3105pi | 1,8105pi |
| 27 | 351 | 338 | 315 | 305 |
Здесь Pi выражено в Мпа; для данного двигателя: Pi = 1 Мпа.
Подставляя в формулу r = 0,0381 м и Fп = 3,16710-3 м2, получим значение амплитуд гармоник момента.
| Порядок гармоники k | 1/2 | 1 | 11/2 | 2 | 21/2 |
| Мk (Нм) | 41,0 | 41,0 | 37,4 | 27,8 | 21,7 |
| 27 | 351 | 338 | 315 | 305 |
2.6.5.2.7. Результаты расчёта постоянных и переменных силовых факторов в цилиндре двигателя
Таблица 2.1
| Вынужд. сила | Амплитуда и начальная фаза гармоники с возмущающей частотой, Гц | |||||||
| 0 | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 200 | |
| Z(Pг) Н | | | | | | | | |
| Z(Pj) Н | | | 1316/0 | | 395/0 | | | |
| Мx(Pг) Нм | 18,7 | 41,0/77 | 41,0/351 | 37,4/338 | 27,8/315 | 21,7/305 | | |
| Mx(Pj) Нм | | | 3,8/0 | | 25,1/180 | | 11,3/180 | 1,1/ 180 |
Рг сила давления газов на поршень;
Рj сила инерции вследствие неравномерного движения поршня.
Начальная фаза отсчитывается от положения ВМТ. Положительные значения: у силы при направлении вверх; у момента при вращении по часовой стрелке.
2.6.5.3. Расчёт инерционных характеристик колебательной системы моторной установки
2.6.5.3.1. Допущения, принятые в расчёте
2.6.5.3.1.1. Ввиду отсутствия чертежей двигателя мод. 196432 и КПП, а также ввиду ориентировочного характера расчёта, принимаем, что двигатель и КПП представляют собой параллелепипеды, размеры которых определяются основным массивом металла данных агрегатов.
Приняты размеры в м.
| Длина L | Ширина В | Высота Н | |
| Двигатель | 0,26 | 0,34 | 0,46 |
| КПП | 0,21 | 0,17 | 0,17 |
2.6.5.3.1.2. Считаем всю моторную установку (двигатель + КПП + переходник) абсолютно жёстким телом. Такое допущение оправдано тем, что установка опирается на резину металлические амортизаторы, податливость которых на несколько десятичных порядков выше податливости металлических элементов агрегатов, входящих в установку.
2.6.5.3.1.3. Принимаем, что центр тяжести всей системы лежит на оси вращения колен. вала двигателя. Принимаем, что на той же оси лежат ц.т. двигателя и КПП в отдельности. Такое допущение оправдано следующими соображениями (помимо ориентировочного характера расчёта):
Корпус двигателя с искровым зажиганием (ДсИЗ) мод. 196432 выполнен из лёгкого металла (этим объясняется его малая масса). Детали из стали коле. вал с противовесами, маховик, муфта сцепления и т.п. расположены низко их ц.т. лежат или на высоте оси вращения или ещё ниже. Небольшим расстоянием по высоте между фактическим ц.т. ДсИЗ и осью вращения в приближённом расчёте можно пренебречь.
Переходник, входящий в рассчитываемую систему расположен значительно ниже ДсИЗ и КПП и сильно вытянут по вертикали; всё это заметно снижает ц.т. всей системы.
2.6.5.3.1.4. Принимаем, что массы симметрично размещены относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения. При ориентировочном характере расчёта такое допущение вполне оправдано. При том, что опоры вибросистемы (амортизаторы) расположены строго симметрично относительно упомянутой плоскости, сделанное допущение позволяет в расчёте разбить рассчитываемую систему на 2 подсистемы, каждая из которых имеет 3 степени свободы.
2.6.5.3.2. Выбор системы координат
Принятая система координат (правая) показана на рисунке вместе со схематически изображёнными ДсИЗ, КПП, а также амортизаторами. Там же указаны размеры, взятые со сборочного чертежа моторной установки или получающиеся простым расчётом на основе принятых допущений.
2.6.5.3.3. Координаты центров тяжести
элементов системы
Присвоим индексы:
1 двигателю; 2 КПП; 3 переходнику.
| Элемент | Координата ц.т. эл-та по осям, м | Масса,кг | ||
| X | Y | Z | ||
| Двигатель | 50 | |||
| КПП | 30 | |||
| Переходник | 6 |
2.6.5.3.4. Определение инерционных
характеристик моторной установки
Координаты центра тяжести:
2.6.5.4. Расчёт жёсткостных
характеристик амортизаторов
Применяется резина общего назначения (ГОСТ 7338-77) средней твёрдости. Её твёрдость по Шору А = 50-65.
Модуль упругости резины на сдвиг при статических нагрузках: G = 10 кгс/см2 = 1мпа.
Модуль упругости на растяжение-сжатие:
Для амортизаторов прямоугольной конфигурации отношение площадей фронтальной и боковой поверхностей:
Поэтому в расчётах используем значение модулей упругости:
для прямоугольных амортизаторов, крепящих переходник к основной несущей конструкции
для резиновых шайб под лапами КПП
Определение коэффициентов жёсткости амортизаторов
Цилиндрические шайбы-амортизаторы под КПП работают параллельно: они установлены на каждом из 2 отверстий лап КПП по 2 шт.( одна сверху, другая снизу лапы).
Площадь поперечного сечения шайбы:
Высота шайбы h3 = 20 мм = 0,02 м.
Коэффициенты жёсткости амортизаторов шайб:
2.6.5.5. Расчёт прочности переходника
2.6.5.5.1. Оценка необходимости проверки прочности основного материала переходника
В предложенной конструкции переходника передняя левая его сторона представляет собой, за счёт длинных рёбер жёсткости и уголка, приваренных к вертикальному листу, замкнутую коробчатую конструкцию, хорошо работающую на изгиб и скручивание относительно всех трёх координатных осей. Чтобы оценить порядок возникающих напряжений сверху, предположим, что уголок 40х40х5 отсутствует. Такое допущение сильно завышает напряжения от изгиба относительно оси Y, что идёт в пользу надёжности расчёта. Определим геометрические характеристики поперечного сечения переходника вблизи стыка вертикального листа с усиливающими рёбрами с горизонтальным листом. Координата центра тяжести сечения по оси X:
Момент инерции будет равен:
Момент сопротивления изгибу:
Изгибающий момент вычислим в предположении, что, имея самые разнообразные частоты вынуждающей нагрузки, можно предположить, что достаточно часто будет происходить наиболее неблагоприятное сочетание гармоник. Поэтому примем, что внешние силы равны наибольшему значению и что силы направленные, по X и по Z дают изгибающие моменты одинакового направления. Для сечения стенки вертикальных элементов переходника с горизонтальным листом момент будет равен:
Н = 100 мм = 10 см расстояние от среднего по высоте сечения амортизатора;
t = 4 см толщина амортизатора.
Наибольшие напряжения в металле:
Для обычных малоуглеродистых конструкционных сталей предел выносливости:
Поэтому даже при ориентировочном расчёте, требующем осторожности при оценке действующих нагрузок, можно считать, что основной металл в предлагаемой конструкции переходника нагружен слабо и имеет запас прочности больше обычно принятого.
2.6.5.5.2. Расчёт прочности сварных швов
2.6.5.5.2.1. Оценка величины действующих
нагрузок
Силы
Моменты
2.6.5.5.2.3. Допущения
1. Считаем, что напряжения от приложенной нагрузки распределены в сварном шве равномерно по длине. При сравнительно коротких швах в предлагаемой конструкции переходника такое допущение достаточно обоснованно. Изменение и рост напряжений вблизи зон приложения сосредоточенных нагрузок от мотоустановки и опорных реакций от основной несущей конструкции виброкатка в расчёте компенсируем увеличением коэффициента запаса прочности.
2. Принимаем, что напряжения в швах должны уравновешивать долю нагрузок, приходящихся на усиливающие элементы (рёбра, уголок и т.п.). Доли нагрузок, приходящиеся на эти элементы, рассчитываем по формулам сопромата.
3. Расчёт является проверочным.
2.6.5.5.2.4. Расчёт геометрических характеристик швов в зоне стыка горизонтального листа платформы с вертикальным и усиливающими рёбрами
Полная длина шва:
Координата центра тяжести шва:
Моменты инерции отн-но центральных осей X и Y:
Наибольшие напряжения среза в шве будет от момента Мy = 8 кНсм. Они определяются из равенства:
Для сварных швов допускаются напряжения:
Для рядовых конструкционных сталей Ст.3, Ст.4:
Даже при коэффициенте концентрации :
С дополнительной нагрузкой от продольных сил:
2.6.5.5.2.5. Напряжения в продольных швах,
соединяющих рёбра с вертикальным листом
Доли нагрузки, приходящиеся на рёбра:
Для длинных рёбер:
Для коротких рёбер аналогично:
Интенсивность равномерно распределённой нагрузки определяется из равенства:
t высота ребра;
z число швов; в данном случае z = 2.
Отсюда:
Для коротких рёбер:
Основные выводы из расчёта переходника новой конструкции:
1. Основными нагрузками на переходник и поддерживающие его амортизаторы являются динамические нагрузки, создаваемые работой двигателя. Так от веса агрегата и переходника на каждый амортизатор под переходником приходится нагрузка:
вертикальная 288 Н;
горизонтальная 317 Н.
При работе двигателя на номинальной мощности N = 8 л.с. и частоте вращения n = 3000 об/мин расчётом получены максимальные значения нагрузок на те же амортизаторы:
вертикальная 1272 Н;
горизонтальная 2391 Н.
2. Основной причиной интенсивности динамических нагрузок является по расчёту близость 2-х собственных частот колебаний моторной установки к частотам гармоник возмущающих сил:
51 Гц к 50 Гц
76 Гц к 75 Гц
Изменить результат возникновения мощных колебаний в резонансе за счёт изменения частоты вращения колен. вала двигателя невозможно, так как и при снижении и при повышении частоты вращения сближаются частоты возмущающих сил с другими собственными частотами установки, так как спектр возмущающих сил моментов содержит значительные по амплитуде гармоники, частота которых кратна целой или половинной частоте вращения двигателя.
3. Прочность самого переходника достаточна как по основному металлу, так и по сварным швам. Наибольшие напряжения сдвига в швах в стыке горизонтального листа платформы с вертикальным листом и рёбрами жёсткости:
max rном 90 Мпа , что значительно ниже предела выносливости как основного материала, так и материала самого шва.
В проекте следует подчеркнуть, что необходима тщательная отделка шва, чтобы не возникла концентрация напряжений в металле шва и свариваемых элементов.
samzan.ru
