Исследовательская работа учащихся "Модернизация советского двигателя ИЖ «Планета» для последующей установки на тихоходные аппараты"

Аннотация

Строкин Дмитрий Алексеевич, Трубчанинов Иван Олегович.

МБОУ «Тейская средняя общеобразовательная школа №3», 10 класс.

Тема: Модернизация советского двигателя ИЖ «Планета» для последующей установки на тихоходные аппараты.

Руководитель: Балацкий Михаил Евгеньевич, МБОУ «Тейская средняя школа №3», учитель информатики, технологии.

Цель: Модернизировать советский двигатель ИЖ «Планета» для последующей установки на тихоходные аппараты.

Методы: Моделирование, анализ, синтез, сравнение, обобщение, интеграция, эксперимент.

На современном рынке присутствует большое количество техники созданной для перемещения по болотистой местности. Данная техника очень дорогая и имеет сложную техническую конструкцию двигателя.

Советские двигатели ИЖ в техническом плане очень отстают от зарубежных аналогов, поэтому практически не используются. На данный момент найти такой двигатель не является проблемой. Данные двигатели имеют очень простую конструкцию, легко поддаются модернизации, и поэтому отлично подходят для установки на тихоходные аппараты.

Наша работа направлена на модернизацию советского двигателя ИЖ «Планета» для последующей установки на тихоходные аппараты.

Полученные данные:

В результате выполнения данной работы был модернизирован двигатель ИЖ «Планета» 5. Модернизации подверглись несколько узлов: установлен цилиндр с водяным охлаждением от пускача П350, установлено БСЗ от мотоцикла «Минск», в коробку передач установлены зубчатые колёса от ИЖ «49», позволяющие получить меньшие передаточные числа.

Выводы:

1. Изучена литература по данному вопросу.

2. Обоснованно выбраны основные узлы для модернизации двигателя для последующей установки на тихоходные аппараты.

3. Модернизированы выбранные узлы советского двигателя ИЖ «Планета».

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность:

Ещё каких-то 30 лет назад советская мототехника пользовалась большим спросом, как в России, так и в странах ближнего зарубежья. Это обуславливалось простотой конструкции советских мотоциклов и небольшими ценами, по сравнению с зарубежными аналогами. Основу тех людей, кто покупал советские мотоциклы такие как «ИЖ», «МИНСК», «УРАЛ» составляли деревенские жители. В отдалённых от города селениях не было специализированных автотехцентров для ремонта мототехники, поэтому местные жители без особого труда справлялись с ремонтом, простых по своей конструкции, советских мотоциклов. Со временем облик нашей страны менялся, менялись и потребности современного человека. Сейчас встретить советский мотоцикл на улицах деревни, а уж тем более города очень большая удача. Это связанно с тем, что российская современная мототехника сильно уступает техническим решениям зарубежных производителей. Старый советский «ИЖ» стал историей.

В настоящее время, в деревнях, охотники и рыболовы самостоятельно создают тихоходные аппараты для передвижения по заболоченным местностям. Двигатели мотоциклов ИЖ «Планета» хорошо подходят для создания тихоходных аппаратов (болотоходов), т.к. они малооборотистые и их конструкция очень проста. Модернизация советского двигателя ИЖ «Планета» для тихоходных аппаратов даст вторую жизнь данному типу двигателей и поможет многим «самоделкиным» самостоятельно построить свой болотоход.

Новизна темы:

В данной работе рассматривается модернизация советского двигателя ИЖ «Планета» для последующей установки на тихоходные аппараты. В процессе изучения литературы подобных работ не обнаружено, поэтому данная работа является уникальной.

Проблема: Наличие большого количества советских двигателей ИЖ, которые не используются. Отсутствие простых самодельных двигателей для тихоходных аппаратов.

Объект: Самодельная мототехника.

Предмет: Двигатели для тихоходных аппаратов.

Разработанность исследуемой проблемы:

1. На сайте http://lunohodov.net/, неизвестный автор представил статью на тему: «Модернизация двигателя ИЖ «Инвалидка» с цилиндром от тракторного пускача ПД10». Наша работа отличается от его работы тем, что:

1. Мы используем коробку от ИЖ «Планета» 3.

2. Наш двигатель построен с использованием цилиндра П350, от тракторного пускача.

3. В нашей работе представлен материал по модернизации зеркала цилиндра П350.

1. На сайте http://moto-planeta.ru/, в разделе:forum/topic_3433 неизвестный автор представил статью на тему: «Установка бесконтактного электронного зажигания Минск (Восход) на Иж «Планета»». Наша работа отличается от его работы тем, что:

1. Отличаются чертежи на переходную шайбу зажигания.

2. Автор не рассказывает как установить шайбу на двигатель ИЖ «Планета», он говорит о возможности установки.

1. На сайте http://www.customstroy.com/, в разделе:forum/index.php?topic=512, неизвестный автор представил статью на тему: «Вариант установки системы электрооборудования от ковровских мотоциклов на двигатель ИЖ «Планета»». Наша работа отличается от его работы тем, что:

1. Автор данной проблемы устанавливает на ИЖ «Планета» зажигание от ковровских мотоциклов, а мы устанавливаем зажигание от мотоцикла «Минск».

1. На сайте http://www.pnevmohod.ru/, неизвестный автор представил статью на тему: « Мото-двигатель и принудительное охлаждение». Наша работа отличается от его работы тем, что:

1. Автор данного поста рассказывает об установки охлаждения от электродвигателя с вентилятором, а мы устанавливаем водяное охлаждение.

1. В Социальной сети «вконтакте »на сайте https://vk.com/, Константин Денисов представил статью на тему: «Тюнинг советских мотоциклов ». В данной статье автор упоминает о существование двух видов цилиндров от пускача и их возможной установки на ИЖ «Планета». Наша работа отличается от его работы тем, что:

1. Автор данного поста рассказывает о том, что существуют 2 вида цилиндра от пускача, но не уточняет, как именно установить данный цилиндр на двигатель ИЖ «Планета».

1. На сайте http://www.motocikl-skuter.ru./, неизвестный автор представил статью на тему: «Электронное зажигание на ИЖ «Планета»». Наша работа отличается от его работы тем, что:

1. Автор устанавливает на ИЖ «Планета» электронное зажигание (не Минсковое).

2. Автор поста устанавливает на ИЖ «Планета» автомобильный коммутатор.

3. Автор данного поста устанавливает модулятор на ИЖ «Планета».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Цель работы: Модернизация советского двигателя ИЖ «Планета» для последующей установки на тихоходные аппараты.

Задачи:

1. Изучить литературу по данному вопросу.

2. Выбрать основные узлы для модернизации.

3. Выбрать оптимальную систему охлаждения.

4. Выбрать оптимальное зажигание.

5. Выбрать оптимальные зубчатые колёса для модернизации коробки передач.

6. Найти необходимые элементы для модернизации.

7. Модернизировать двигатель.

Методы: Моделирование, анализ, синтез, сравнение, обобщение, интеграция, эксперимент.

Основные узлы для модернизации двигателя.

Болотоход — вездеход, специально предназначенный для выполнения различных технологических операций в труднодоступных и заболоченных местах, преодоления тяжёлых участков, недоступных обычным более дешёвым вездеходам [12].

Из определения видно, что тихоходные аппараты или болотоходы обладают маленькой скоростью, т.к. передвигаются по сложно проходимым участкам ландшафта. Из этого можно сделать основной вывод: стандартное охлаждение двигателя не подходит для аппаратов данного типа. Т.к. аппарат тихоходный, следовательно, стандартные передаточные числа коробки передач двигателя ИЖ «Планета» не удовлетворяют условиям передвижения. Тихоходные аппараты в большинстве случаев используются вдалеке от населённых пунктов, поэтому, важным условием является модернизация системы зажигания, и перевод её на безаккумуляторное использование, т.к. с аккумуляторами часто возникают проблемы.

Вывод:

Выбраны основные узлы двигателя для модернизации:

1. Система зажигания

2. Система охлаждения

3. Коробка передач

Выбор оптимальной системы охлаждения.

Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания — совокупность устройств, обеспечивающих подвод охлаждающей среды к нагретым деталям двигателя и отвод от них в атмосферу лишней теплоты, которая должна обеспечивать лучшую степень охлаждения и возможность поддержания в требуемых пределах теплового состояния двигателя при различных режимах и условиях работы [12].

Основные виды охлаждения двухтактных двигателей:

1. Воздушное охлаждение - является самым простым видом охлаждения. Тепло от двигателя такой системой охлаждения передаётся в окружающую среду через развитое оребрение на внешней поверхности цилиндров. Недостаток системы заключается в том, что она из-за низкой теплоёмкости воздуха не позволяет равномерно отводить от двигателя большое количество тепла и, соответственно, создавать компактные мощные силовые установки. Стандартный двигатель ИЖ «Планета» оснащён именно таким охлаждением, поэтому при низких скоростях охлаждение двигателя будет производиться в недостаточном объёме.

2. Принудительное воздушное охлаждение. В них с помощью вентилятора создаётся поток воздуха, который обдувает рёбра охлаждения. Вентилятор и оребрённые поверхности, как правило, закрыты направляющим кожухом. Достоинства такого двигателя аналогичны двигателям с естественным охлаждением: простота конструкции, малый вес, отсутствие охлаждающей жидкости. Данное охлаждение хорошо подходит для тихоходных аппаратов.

3. Жидкостная система охлаждения. В таких системах охлаждения поршневых двигателей наземного транспорта, а также стационарных установок охлаждающая жидкость циркулирует по замкнутому контуру, а тепло рассеивается в окружающую среду с помощью обдуваемого воздухом радиатора. Такое решение позволяет более эффективно охлаждать головку цилиндра, которая является наиболее теплонагруженной частью двигателя. За счёт внешнего вентилятора происходит дополнительный отвод тепла, что делает данную систему охлаждения хорошим вариантом для установки на тихоходные аппараты.

4. Существует подвид системы охлаждения, называемый испарительной системой охлаждения. Главное отличие её от обычных водяных — доведение температуры охлаждающей жидкости (воды) выше точки кипения, в результате чего при испарении от теплонагруженных деталей отводится большое количество тепла. Данная система охлаждения является устаревшей и использовалась в 30-х годах XX века в авиастроении.

Вывод:

Нашим условиям эксплуатации двигателя удовлетворяют две системы охлаждения:

1. Принудительное воздушное охлаждение.

2. Жидкостная система охлаждения.

Выбор оптимального зажигания.

Для наших условий эксплуатации двигателя необходимо зажигание в котором не используется аккумуляторная батарея. Зажигание обязательно должно быть бесконтактным, т.к. контактное зажигание является устаревшим и с ним возникает много проблем.

Под данные условия подходит электронное зажигание от мотоцикла «Минск» начиная с модели 3.115.

Принцип действия электронной системы зажигания состоит в том, что при вращении ротора в индукционном датчике создаются электрические импульсы, которые при помощи коммутатора и высоковольтного трансформатора преобразуются в импульсный ток напряжением до 18 кВ. Электронная система зажигания состоит из генератора, электронного коммутатора, индукционной катушки, провода высокого напряжения, свечи зажигания, центрального переключателя и проводов низкого напряжения. Электронный коммутатор КЭТ-1 представляет собой тиристорнуко схему (рис. 1) с накоплением энергии в конденсаторе. Схема собрана на печатной плате и размещена в металлическом корпусе, который крепится к кронштейну рамы под седлом.

Рассмотрим принцип действия электронного зажигания на примере электронного коммутатора КЭТ-1. При вращении ротора в обмотке зажигания генератора индуцируется ток, который идет по цепи: масса-обмотка зажигания - клемма 3 - желтый провод - клемма Г - диод D, -резистор R, - диод D, - конденсатор С, - клеммы К и Н - первичная обмотка катушки зажигания - масса. (При этом конденсатор С, заряжается). Диод D1 и конденсатор С1 служат для выпрямления и сглаживания переменного тока, а резистор R1 создает необходимую нагрузку в цепи. Стабилитроны D4 и D5 ограничивают напряжение в цепи 150 вольтами - более высокое напряжение пропускается ими на массу. Управляемый диод D6 (тиристор) не пропускает ток на массу до тех пор, пока на его ключ не будет подан положительный сигнал определенной силы и формы от датчика. При прохождении магнита под датчиком в его обмотке возбуждается электрический ток, который идет по цепи: масса - обмотка датчика - клемма Д генератора - зеленый провод - клемма D коммутатора - ключ тиристора D6 - масса. (Если зажигание выключено, то ток от датчика по фиолетовому проводу поступает через клеммы 4 и 3 центрального переключателя на массу). Как только на ключ тиристора D6 поступает заданный сигнал от датчика, он открывается и конденсатор мгновенно разряжается на массу через тиристор D6. В результате через первичную обмотку проходит короткий и сильный электрический импульс, который индуцирует во вторичной обмотке ток высокого напряжения. Диод D, при разрядке конденсатора С, запирает цепь первую, не давая возможности конденсатору разряжаться через резистор R1. Диод D3 и резистор R2 предохраняют тиристор D6 от преждевременного открытия случайными импульсами [13].

В данной работе мы будем использовать генератор от мотоцикла «Минск» ГОСТ Р52230-2004 432 3701 14V 90W.

Современные электронные зажигания для мотоцикла ИЖ «Планета» имеют преимущества над зажиганием мотоцикла «Минск», но использоваться в работе не будут, т.к. имеют сложную конструкцию, сложны в обслуживание и не работают без аккумуляторной батареи.

Вывод:

Для данной работы выбрано электронное зажигание от мотоцикла «Минск» ГОСТ Р52230-2004 432 3701 14V 90W.

Выбор оптимальных зубчатых колёс для модернизации коробки передач.

Передаточное число – это отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей (КПП или редуктора). Передаточное число – одна из основных характеристик зубчатых передач, которые обеспечивают передачу крутящего момента от двигателя на привод какого-либо другого устройства (узла). При этом данный механизм позволяет увеличивать или уменьшать величину передаваемого момента [14].

Прежде чем выбрать оптимальные зубчатые колёса проведём обзор передаточных чисел на всех моделях линейки мотоциклов ИЖ «350», «49», «56», «Планета 1-5», для этого составим сравнительную таблицу (Таблица №1).

Из таблицы видно, что у моделей мотоциклов ИЖ «49», ИЖ «56», ИЖ «Планета», ИЖ «Планета 2» самые высокие передаточные числа, а это означает, что данная конфигурация зубчатых колёс в передачах предназначена для хорошей тяги мотоцикла и не рассчитана на большие скорости, следовательно, данная конфигурация удовлетворяет условиям эксплуатации нашего двигателя.

На рисунке 2 представлена схема расположения зубчатых колёс в коробке передач мотоцикла ИЖ. Сверху над зубчатыми колёсами подписано количество зубцов для коробки передач мотоцикла ИЖ «49».

Вывод:

Для коробки передач нашего двигателя будут использоваться зубчатые колёса от мотоцикла ИЖ «49». Данные зубчатые колёса лучше всего подходят для эксплуатации двигателя при движении с малыми скоростями.

Модернизация двигателя ИЖ «Планета 5».

1. Модернизация коробки передач.

За основу модернизации взят двигатель от мотоцикла ИЖ «Планета 5». Был найден картер двигателя с коленчатым валом от мотоцикла ИЖ «Планета 3». Извлечены зубчатые колёса данной коробки передач и установлены от коробки мотоцикла ИЖ «49»

Посадочные места зубчатых колёс от ИЖ «49» и ИЖ «Планета 5» совпадают, поэтому картер не пришлось изменять. Подшипники были установлены стандартные, т.к. заказывать зарубежные аналоги не было необходимости. Картер был зачищен и отшлифован. Корзина сцепления взята с мотоцикла ИЖ «Планета 3». Выбор пал на эту корзину, т.к. она была произведена ещё в СССР и имеет хороший износостойкий сплав. Храповый механизм пришлось переклепать.

1. Модернизация системы зажигания.

Посадочные места зажигания мотоцикла ИЖ «Планета» и «Минск» не совпадают, поэтому для установки данного зажигания на наш двигатель пришлось разработать переходную шайбу (рис.3 и рис.4). Шайба была заказана токарю, при вытачивании, токарь допустил ошибку, перепутав отверстие с углом зенковки и отверстие с резьбой. Данную ошибку исправили, нарезав новую резьбу.

Посадочное место ротора генератора на мотоцикле «Минск» совпадает с посадочным местом ротора ИЖ «Планета», поэтому ротор подошёл без особых проблем. Установленное зажигание представлено на рисунке 5.

1. Модернизация системы охлаждения.

Для модернизации системы охлаждения, мы остановились на двух вариантах: воздушное принудительное и жидкостное охлаждения. При поиске необходимых деталей удалось найти только цилиндр с жидкостным охлаждением от тракторного пускача П350 (рис.6).

Зеркало данного цилиндра практически идентично зеркалу от мотоцикла ИЖ «Планета». При установке на наш двигатель цилиндра от пускача П350 пришлось внести небольшие изменения зеркала данного цилиндра (рис.7). Данные конструктивные изменения необходимы для нормальной работы коленчатого вала. Диаметр зеркала П350 совпадает с диаметром зеркала мотоцикла ИЖ «Планета» 1-го ремонта.

Для установки на данный цилиндр стандартного карбюратора К68 от мотоцикла ИЖ «Планета» пришлось изготовить специальный переходник (впускной коллектор) (рис.8). Чертёж изображён на рисунке 9.

Установка радиатора, помпы и выпускной системы не производилась. Необходимость в этих деталях возникнет, когда двигатель будет установлен на готовую раму тихоходного аппарата.

Общий вид двигателя представлен на рисунке 10, без карбюратора.

Вывод:

Был модернизирован двигатель ИЖ «Планета 5» для последующей установки на тихоходные аппараты. Все выбранные узлы были изменены в соответствии с нашими целями. Замена выпускной системы, установка радиатора и помпы временно не производились.

Результаты:

Цель данной работы достигнута – двигатель от ИЖ «Планета 5» модернизирован для последующей установки на тихоходные аппараты, основные узлы изменены в соответствии с задачами.

Заключение

Модернизированный двигатель на данный момент не тестировался, т.к. ещё не готовы некоторые конструктивные элементы, такие как: выхлопная система, радиатор, помпа. В дальнейшем планируется рассчитать мощность данного двигателя.

.

Выводы:

1. Изучена литература по данному вопросу.

2. Выбраны основные узлы для модернизации нашего двигателя.

3. Выбрана оптимальная система охлаждения – жидкостное охлаждение.

4. Выбрано оптимальное зажигание - «Минск» ГОСТ Р52230-2004 432 3701 14V 90W..

5. Выбраны оптимальные зубчатые колёса для модернизации коробки передач – ИЖ «49».

6. Модернизация двигателя произведена успешна.

Возможные области применения:

Данный двигатель модернизирован специально для установки на тихоходную технику (болотоходы). Этот двигатель так же можно установить на стандартную раму мотоциклов ИЖ «Планета», «56» , «49». Для этой цели нужно будет модернизировать выхлопную систему, либо установить систему от пускача П350, так же всю электронику нужно устанавливать с мотоцикла «Минск 3.115».

Список литературы

Учебники и учебные пособия

1. Перепелица М.А., Перерва Н.Е., Умняшкин В.А.// Мотоциклы Иж-Планета-5, Иж-Юпитер. Устройство ремонт эксплуатация.- 2001г. 78с

2. Бакшеев С.Б., Гиззатуллин Р.Р., Злыгостева Н.С.// .Мотоциклы ИЖ Планета и ИЖ Юпитер 4-го и 5-го поколений

Книги с одним автором 

1. Бирюков Михаил.// Мотоцикл Иж-Планета. Эксплуатация, обслуживание, ремонт.-2007 г

2. Б. Ф. Демченко.// Мотоцикл в вопросах и ответах

3. К. П. Быков, П. В. Грищенко.//  Мотоцикл "Иж". Эксплуатация, ремонт, каталог деталей: Пособие по ремонту.  2000 г.

Электронные ресурсы

1. Форум: Луноходов.Нет// Inc.(2001). Web: http://lunohodov.net

2. Форум: Моя планета 5// Inc.(неизвесно). Web: http://moto-planeta.ru

3. Форум: Ремонт отечественной техники//Inc.(2006-2009). Web: http://www.customstroy.com

4. Статья: Самодельный вездеход - переломка от МВП.//inc.(2015). Web: http://www.pnevmohod.ru

5. Статья: Возможность установки жидкостного охлаждения. Web: https://vk.com

6. Энциклопедия//(Copyright ©2000 – 2016). Web: http://www.motocikl-skuter.ru

7. Определение взято с сайта. Web: http://www.ru.wikipedia.org

8. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМАЗАЖИГАНИЯ. Web: http://www.motovelosport.ru/cat/minsk_directive/10.php

9. Определение взято с сайта. Web: http://www.autocentre.ua/

16