Автотракторные двигатели

Контрольная работа

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 оптимальной силе тяги, м/с

2,4

6. Отбор мощности на ВОМ, %

24

7. Угол поворота кривошипа, град. п.к.в

330

  1. 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

  1. 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:

ра = рк — Dрак, МПа,

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, 0056 МПа.

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

Таблица 2.2 — Основные параметры процесса сжатия

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

Qс + Qсг = Qz +Qz’-z ,

где Qс — количество тепла в газе в конце сжатия (до начала сгорания), кДж;