Автотракторные двигатели

 

 

 

 

 

 

Факультет: Заочного обучения

Кафедра «Тракторы и автомобили»

 

 

 

Контрольная работа.

По дисциплине: «Тракторы и автомобили»

Тема: «Автотракторные двигатели»

 

 

 

 Студент:

 

                                                        Руководитель:

                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

2014-2015 уч. год

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

   

          Исходные данные………………………………………………….

  1. Определение номинальной мощности двигателя и среднего индикаторного давления газов……………………………………………
  2. Определение параметров рабочего цикла и построение индикаторной диаграммы …………………………………………………

2.1. Процесс впуска ………………………………………………… 

2.2. Процесс сжатия ………………………………………………… 

2.3. Процесс сгорания ……………………………………………….

2.4. Процесс расширения  ……………………………………………

2.5. Процесс выпуска …………………………………………………

2.6. Построение индикаторной  диаграммы………………………….

Индикаторная диаграмма дизельного двигателя……………………

2.7  Определение среднего  индикаторного давления

по индикаторной диаграмме………………………………………….

3. Литература …………………………………………………………….

    Приложения 

 

 

 

3

 

7

 

9

9

10

11

12

12

14

15

 

16

17

18

 

 


 

 

 

Трактор Т-45А и двигатель Д-120


 

 

 

 

 

Трактор Т45А предназначен для предпосевной обработки почвы, посева, ухода за посевами, междурядной обработки, работы на фермах, в садах, виноградниках, а также для транспортных работ. 
Трактор может комплектоваться кабиной, каркасом безопасности, тентом и дугой безопасности.

Технические характеристики трактора Т45А

Марка

Т45А

Двигатель Т45А

дизельный Д130, четырехтактный, трехцилиндровый, воздушного охлаждени

Частота вращения коленчатого вала двигателя Т45А, об/мин

2000

Эксплуатационная мощность Т45А, кВт(л.с.)

33,1 (45)

Удельный расход топлива Т45А, г/кВт*ч (г/л.с.*ч)

241(177)

Эксплуатационная масса Т45А, кг

2600

Продольная база Т45А, мм

2086

Габаритные размерыТ45А, мм:

- длина Т45А

3460

- ширина Т45А

1660

- высота Т45А

2540

Ширина колеиТ45А, мм

- по передним колесам

1322...1522

- по задним колесам

1210...1484

Число передачТ45А

- переднего хода

8

- заднего хода

6

Диапазон скоростей Т45А, км/ч

1,52...23,86

Вал отбора мощности Т45А, тип

независимый

число оборотов вала отбора мощности Т45А, об/мин

540

Дорожный просвет Т45А, мм

345

Передний мост Т45А

ведущий

Рулевое упраление Т45А

гидрообъемное

Грузоподъёмность навесной системы Т45А, кг

1000

Кабина Т45А

одноместная, каркасная, с вентиляцией, отоплением, освещением, стеклоочистителями, зеркалами заднего вида


        

 

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ

 

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.

 

    1. Процесс впуска

 

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

            Тк - температура газов после компрессора

                                                                    

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


 

    1. Процесс сжатия

        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


 

    1. Процесс сгорания

 

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;

       Qсг - количество тепла, выделившегося при сгорании топлива и переданного сжатому газу, кДж; Qz - количество тепла в газе после сгорания топлива, кДж;

- количество тепла, затраченного  на работу расширения газов при движении поршня от ВМТ до расчетного конца сгорания, кДж.

Температура газов в конце сгорания Тz определяется по уравнениям сгорания, выраженным через параметры состояния газов [2]: для дизельного двигателя           

Значение Тz также можно выбрать из таблицы 2.4, учитывая, что дизелям с наддувом соответствуют большие значения температуры.

Давление газов в конце сгорания Рг ориентировочно определяется : , МПа, где m, - коэффициент молекулярного изменения (m = 1,01... 1,05), принимаем m=1,01;

      lр = Рr/Рс - степень повышения давления, показывающая увеличение давления газов в цилиндре ДВС в процессе сгорания.

Величину lр подсчитать теоретически довольно сложно, поэтому ее значение принимают ориентировочно.

Таблица 2.3 - Зависимость lр от способа смесеобразования

Тип ДВС

lр

Дизель с пленочным/объемно-пленочным смесеобразованием

1,4…1,8


Подобрав значения Тz и lр рассчитывают значения рz по выражениям в зависимости от типа заданного двигателя.

Принимаем значение Тz =2200 К, lр  =1,4

, МПа

Таблица 2.4 - Основные параметры процесса сгорания современных ДВС

                 Тип ДВС                  

рz, МПа

Тz, К

lр

Дизель с турбонаддувом

6…12

2000…2300

1,4…2,5


 

    1. Процесс расширения

 

 При теоретических  расчетах этот процесс описывается политропой расширения с постоянным показателем n2. Тогда давление и температура газов в конце расширения определяются по выражениям

      

                                                      МПа                                                       

 К,                                              

где n2 - показатель политроны расширения, который имеет тот же физический смысл, что и показатель политропы сжатия, и ориентировочно определяется по выражениям

n2 = 1,21 + 130/n - 0,02=1,21+130/2000-0,02=1,255;

d - степень последующего расширения (изменение объема газов в цилиндре от начала до конца расширения или от конца расчетного сгорания до НМТ) подсчитывается по формуле

                                                                                                    

где r - степень предварительного расширения (изменение объема газов от начала до конца расчетного периода сгорания или от ВМТ до конца расчетного сгорания) рассчитывается по формуле

                                                                                               

Таблица 2.5 - Основные параметры процесса расширения                                      современных ДВС

Тип ДВС

рв, МПа

Тв, К

n2

r

Дизель с турбонаддувом

0,2…0,5

1000…1200

1,18…1,28

1,2…1,4


2.5 Процесс выпуска

Давление остаточных газов в цилиндре в конце выпуска зависит от конструктивных, эксплуатационных и других факторов и может быть ориентировочно определено по формуле:

                                                         , МПа                                   

где ро - давление окружающей среды;

Dрг - избыточное давление в цилиндре за счет гидравлического сопротивления выпускных трубопроводов, глушителя, газовой турбины (при наличии турбонаддува).

В целях лучшей очистки цилиндров от остаточных газов необходимо стремиться, чтобы это давление было как можно меньше.

При расчете давления остаточных газов принимают:

Для двигателей с турбонаддувом  рг = (0,75…0,95)рк, где рк - давление наддува после компрессора. 

рг = 0,75*0,14=0,105

Температура газов  Тг в  конце выпуска также принимают ориентировочно:  для дизелей  700...900  К.

 Принимаем Тг =800К.

Качество очистки цилиндров от остаточных газов в конце выпуска характеризуется коэффициентом остаточных газов g, который представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре газов к свежепоступившему заряду.

                                   

,

 

где  То - температура окружающей среды, К; То = 298 К;

Тк - температура воздуха после компрессора (см. такт впуска), К;

 e - степень сжатия;

 DТ - температура подогрева во впускном трубопроводе.

      Таблица 2.6 - Параметры процесса выпуска

Тип ДВС

рr, МПа

Тr, К

DТ

gr

Дизели с турбонаддувом

(0,75... 0,95) Рк

700... 950

0...10

0,02... 0,05


 

Таблица 2.7 Результаты расчета параметров рабочего цикла

 

ра,

МПа

Та, К

рс,

МПа

Тс, К

рz,

МПа

Тz, К

рв,

МПа

Тв., К

рr,

МПа

Тr, К

Sс,

м

Sа,

м

Sz,

м

0,1344

318,43

6,35

911,11

8,89

2200

0,53

1242,94

0,105

800

0,008

0,128

0,014


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1. Построение индикаторной диаграммы

    

В начале построения на оси абсцисс (основание диаграммы) в масштабе откладывается отрезок Sа = Sс + S=0,008+0,12=0,128 мм,

где  S – рабочий ход поршня (от ВМТ до НМТ).

Отрезок Sс, соответствующий объему камеры сжатия (Vс), определяется по      выражению  Sс = S / e- 1=0,12/(16,5-1)=0,008 мм.

Отрезок S соответствует рабочему объему Vh цилиндра, а по величине равен ходу поршня. Отметить точки, соответствующие положению поршня в ВМТ, точки А, В, НМТ.

По оси ординат (высота диаграммы) откладывается давление в масштабе 0,1 МПа в миллиметре.

На линии ВМТ наносятся точки давлений рг, рс, рz.

На линии НМТ наносятся точки давлений ра, рв.

Для дизельного двигателя необходимо еще нанести координаты точки, соответствующей концу расчетного процесса сгорания. Ордината этой точки будет равна рz, а абсцисса определяется по выражению

                       Sz = Sс× r =0,008×1,74=0,014 мм.                                                           

Построение линии сжатия и расширения газов можно проводить в такой последовательности. Произвольно между ВМТ и НМТ выбирается не менее 3 объемов или отрезков хода поршня     Vх1, Vх2, Vх3 (или Sх1, Sх2, Sх3).

И подсчитывается давление газов

На линии сжатия

На линии расширения


Все построенные точки плавно соединяются между собой.

 

 

 

2.7  Определение  среднего индикаторного давления

по индикаторной диаграмме

Среднее теоретическое индикаторное давление р'i представляет собой высоту  прямоугольника, равного площади индикаторной диаграммы в масштабе давления

                                                               МПа       

где  Fi-  площадь теоретической индикаторной диаграммы, мм2, ограниченная линиями ВМТ, НМТ, сжатия и расширения, может быть определена с помощью планиметра, методом интегрирования, либо другим способом; S - длина индикаторной диаграммы (ход поршня), мм (расстояние между линиями ВМТ, НМТ);

          mp - масштаб давления, выбранный при построении индикаторной диаграммы,    МПа / мм.

Действительное индикаторное давление

                                                                 рi = рi΄ ∙ φп =1,18*0,95=1,12 МПа,                                                   

где jп - коэффициент неполноты площади индикаторной диаграммы; учитывает отклонение действительного процесса от теоретического (скругление при резком изменении давлений, для дизелей jп = 0,92.. .0,95), принимаем jп =0,95;

После определения рi по индикаторной диаграмме сравнивают его с ранее подсчитанным и определяют расхождение в процентах.

Среднее эффективное давление ре равно

ре = рi – рмп =1,12-0,197=0,93   

Тогда подсчитайте мощность по зависимости и сравните с заданной. Расхождение  должно быть не более 10…15%.

           

 

                     

Литература

Основная:

 

  1. Суркин В.И. Основы теории и расчета автотракторных двигателей. Курс лекций, изд. 2-е, пер. Челябинск, ЧГАА, 2012. – 326 с.: ил.
  2. Баширов Р.М., Основы теории и расчета автотракторных двигателей: учебник/ Р.М. Баширов;  Уфа; БашГАУ, 2010. –304 с.: ил.
  3. Шароглазов Б.А. и др. Поршневые двигатели внутреннего сгорания. Челябинск. - ЮУрГУ, 2011.- 382 с.
  4. Болотов А.К. и др. Конструкции тракторов и автомобилей: Учебное пособие - М.: Колосс, 2006.
  5. Автомобили:Учебное пособие для вузов / А.В.Богатырев и др.-М.:Колос, 2004.

 

Дополнительная:

 

  1. Программа курса «Тракторы и автомобили» для сельскохозяйственных высших учебных заведений. - М., 2000.
  2. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет тракторных двига-телей. - М.: Колос, 1992.
  3. Родичев В.А. Тракторы: Учебник. – М.: Академия, 2002.
  4. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Конструкция автомобильных и трак-торных двигателей. - М.: Высшая школа. 1986.
  5. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов.- М.: Высшая школа, 2003.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

Варианты заданий на контрольную работу

 

Две

последние цифры из номера

зачетной книжки

Прототип трактора

Прототип двигателя

 

Тяговый класс

          Марка

Марка

Номинальная мощность, кВт/л.с.

Номинальная частота вращения, об/мин


00…01

0.9…1.4

Т-30А-80

Д-120 Р2

22.1/30

2000

02…04

1.4

Т-45А

Д-130 Р3

33.1/45

2000

05…07

0.9…1.4

ВТЗ-2032.10

Д-120 Р2

22.1/30

2000

08…09

0.9…1.4

ВТЗ-2048А

Д-130 Р3

35.1/45

2000

10…11

1.4

ЛТЗ 60АВ

Д-65М1Л

44.1/60

2000

12…14

1.4

ЛТЗ 60АБ

Д-248

44.1/60

2000

15…17

1.4

ЛТЗ 60А

Д-144

36.8/50

1800

18…19

2

ЛТЗ 155 (краб)

Д-442-47

110/150

1850

20…21

2

РТ-М-160

ЯМЗ-236 Д-2

118/160

1800

22…24

1.4

Беларус-923

Д-245.5

65/89

1800

25…27

1.4…2

Беларус-1025

Д-245

77/105

2200

28…29

1.4…2

Беларус-1221

Д-260.2

96/130

2100

30…31

2

Беларус-1523

Д-260.1С

115/155

2100

32…34

3

Беларус-2023

Д-260.4

154/210

2100

35…37

3

Кировец-3140

Д-260

103/140

2100  

38…39

3

Кировец-3160

Д-260.1

124/168

2100  

40…41

3

Кировец-3180

Д-260.9

130/177

2100  

42…44

3

Кировец-3200

Д-260.4

158/215

2100

45…47

3

ДТ-75Д

Д-440-22

72/98

1800

48…49

3

ВТ-100Д

Д-442-24/25

106/145

1800

50…51

3…4

ВТ-150

Д-442

147/200

1800

52…54

4…5

ВТ-250

Д-461

184/250

1800

55…57

3

ХТЗ-121

СМД-19Т.02

112/152

1850

58…59

3

ХТЗ-16331

КамАЗ-740.02

132/180

2200

60…61

3

Т-150

СМД-60

111/150

2000

62…64

3

Т-150К

СМД-62

119/165

2100

65…67

4

Т-4А.01

А-01М

96/130

1700

68…69

4

Т-402.01

Д-461-14

125/170

1700

70…71

4…5

Т-404

Д-461-13

110/150

1700

72…74

5

Т-250

Д-4601

184/250

1700

75…77

5

К-744Р-04

ЯМЗ-238 НД-4

184/250

1900

78…79

5

К-744 Р1

ЯМЗ-238 НД-5

221/300

1900

80…81

5

К-744 Р2

ЯМЗ-8481.10

257/350

1900

82…84

8

К-745

ЯМЗ-8481.04

309/420

1900

85…89

6

Т-130

Д-180.121-1

103/140

1070

90…95

6

Т-160

Д-180.111-1

125/170

1250

96…99

6

Т-170

Д-180.100-1

132/180

1250

Автотракторные двигатели 📙 Контрольная → 🆔 1265

Автотракторные двигатели 📙 Контрольная → 🆔 1265

Автотракторные двигатели