1. Прототип трактора
Т-45А
2. Прототип двигателя
Д-120
3. Почвенный фон
вспаханное поле
4. Оптимальная сила тяги, кН
5
5. Скорость трактора при
2,4
6. Отбор мощности на ВОМ, %
24
7. Угол поворота кривошипа, град. п.к.в
330
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ И СРЕДНЕГО ИНДИКАТОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ
Энергетические, динамические и экономические показатели трактора в значительной степени определяются параметрами установленного на нем двигателя, важнейшим из которых является номинальная эффективная мощность.
Номинальная мощность двигателя расходуется на создание тяговой мощности трактора и на привод различных механизмов через вал отбора мощности (ВОМ).
Мощность двигателя, затрачиваемая на создание тяговой мощности трактора, движущегося с постоянной скоростью по горизонтальной поверхности, определяется по зависимости:
, кВт
где Ркр — сила тяги, кН; Vд — скорость трактора, м/с (эти параметры указываются в задании);
- hтяг — тяговый к.п.д. трактора, учитывающий потери мощности в трансмиссии, затраты мощности на качение трактора и затраты мощности на буксование движителя.
Тяговый к.п.д. зависит от типа и конструктивного исполнения трансмиссии, движителя и почвенного фона. Его величина определяется большей частью опытным путем. Значения тягового к.п.д. при работе трактора с оптимальной силой тяги приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1 — Тяговый к.п.д. тракторов на разных почвенных фонах
|
Почвенный фон |
Тип движителя |
|
колесный 4х2 |
|
|
Стерня |
0,60 — 0,65 |
|
Вспаханное поле |
0,50 — 0,55 |
кВт
Номинальная мощность двигателя с учетом отбора мощности на ВОМ рассчитывается по формуле: , кВт
где a — величина отбора мощности на ВОМ, % (указана в задании).
Номинальная мощность двигателя и его оценочные параметры зависят от качества проектирования, изготовления и от согласованности в работе механизмов и систем. Определяющее влияние на выходные показатели двигателя оказывают режимы его работы и степень совершенства рабочего процесса.
Крутящий момент двигателя определяется по зависимости:
Качество рабочего процесса в ДВС оценивается индикаторными показателями, позволяющими учесть потери, которые имеют место при преобразовании тепловой энергии сгоревшего топлива в механическую энергию.
Полученная в ДВС механическая энергия расходуется на выполнение полезной работы и на преодоление механических потерь, связанных с преодолением сил трения и с затратами энергии на привод вспомогательных механизмов и газообмен.
Среднее за цикл индикаторное давление газов на поршень определяется по зависимости вида: =0,57+0,197=0,767 МПа
где — среднее эффективное давление, МПа;
- условное среднее давление механических потерь, МПа.
Среднее эффективное давление, находят по формуле:
, МПа
где Nе – номинальная мощность двигателя, кВт
t — тактность двигателя;
- i — число цилиндров;
- n — частота вращения коленчатого вала, об/мин;
- Vh — рабочий объем одного цилиндра, л.
(одного цилиндра)
л
МПа
Среднее давление механических потерь при номинальном тепловом состоянии двигателя определяют по эмпирическим формулам вида:
МПа
где Сп — средняя скорость поршня, м/с, определяется по формуле:
м/с
где S — ход поршня, м;
- a, b — эмпирические коэффициенты (табл.1.2).
Механический кпд равен .
Таблица 1.2 — Значение коэффициентов для определения механических потерь
|
Тип двигателя |
Коэффициент |
|
|
а |
b |
|
|
Дизель 4-тактный с разделенными камерами сгорания |
0,103 |
0,0118 |
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ЦИКЛА И
ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ
Индикаторной диаграммой называется графическое изображение зависимости давлений газа в цилиндре двигателя от объема (координаты Р-V), хода поршня (координаты «Р-S») или от угла поворота коленчатого вала (координаты «Р-j »).
Для построения индикаторной диаграммы выполняется тепловой расчет двигателя и определяются показатели, характеризующие процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.
В приближенных расчетах абсолютное давление газов в процессе впуска принимают неизменным, зависящим от гидравлического сопротивления впускного тракта, степени подогрева заряда и количества газов, оставшихся в цилиндре после выпуска.
Давление газов в конце впуска зависит от гидравлического сопротивления впускного такта, степени подогрева на впуске, количества газов, оставшихся в цилиндре в конце впуска, и других факторов.
Для 4-тактных двигателей указанные потери можно ориентировочно подсчитать по эмпирической формуле:
Dра = (0,03…0,18) ро или Dра = 0,055∙ 10-4 n, МПа,
где n — частота вращения коленчатого вала, об/мин, ро = 0,1 МПа.
Dра = 0,055∙ 10-4 *n=0,055∙10-4∙2000=0,011 МПа
=0,1-0,011=0,089 МПа
Давление в конце впуска для двигателей с наддувом определяют по зависимости:
где рк — давление наддува, МПа (принимается по заданию) или определяется по формуле:
рк = (1,4…2,0) ро=1,4∙0,1=0,14 МПа.
Потери давления на впуске после компрессора равны:
Dрак = (0,04…0,1)рк=0,04∙0,14=0,
ра = рк — Dрак=0,14- 0,0056= 0,1344 МПа
Конечную температуру впуска Та для 4-тактного двигателя с наддувом можно определить:
, К,
где Dt — подогрев свежего заряда во впускном трубопроводе
где nк — показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (для центробежных компрессоров nк = 1.4…2,0).
Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэф-фициентом наполнения hv, который представляет собой отношение количества свежего заряда, поступившего в цилиндр при работе двигателя, к тому количеству заряда, которое мог бы заполнить этот цилиндр при температуре и давлении окружающей среды.
Для двигателей с наддувом
Таблица 2.1 — Основные параметры процесса впуска
|
Тип ДВС |
ра, МПа |
рк, МПа |
Та, К |
hv |
Δt, оС |
|
Дизель с турбонаддувом |
(0,9…0,96) рк |
0,15…0,25 |
310…400 |
0,8…0,97 |
0…10 |
Определение давления и температуры в конце такта сжатия проводят с рядом допущений, а именно: в период сжатия отсутствуют утечки газа через неплотности в клапанах и поршневых кольцах, в газе не протекает никаких химических реакций и испарений топлива, теплоемкость газа не меняется, сжатие начинается с НМТ и заканчивается в ВМТ, показатель политропы сжатия применяется постоянным. Тогда, используя уравнение политропического процесса, нетрудно определить давление рс и температуру Тс газа в конце такта сжатия
, МПа; ,
где ε –степень сжатия;
- n1 — показатель политропы сжатия.
Ориентировочно показатель политропы сжатия можно определить по эмпирическим зависимостям:
n1 = 1,41-110/n — 0,02=1,41-110/2000-0,02=1,375
МПа
|
Тип ДВС |
рс, МПа |
Тс, К |
n1 |
ε |
|
Дизель с турбонаддувом |
6. ..8 |
950… 1200 |
1,35. ..1,38 |
12. ..15 |
При анализе и расчете процесса сгорания необходимо различать сгорание в дизельном двигателе.
Уравнение сгорания (баланс тепла) для дизельного двигателя
где Qс — количество тепла в газе в конце сжатия (до начала сгорания), кДж;
