Режимы работы автотракторных двигателей

Министерство образования  и науки РФ

Брянский государственный  технический университет

Кафедра “Тепловые двигатели”

Дисциплина «Энергетические установки с ДВС»

Реферат

«Режимы работы автотракторных двигателей»

                                                                                  Руководитель:

                                                                                                       А.А. Обозов

                                                                               Выполнили:

                                                                                                   студенты группы 07-ДВС

                                                                                    В.Солупаев

                                                                                                       М. Смолоковская

                                                                                                       Д. Субботенко

                                                                                                       В. Теличко

БРЯНСК 2011

Содержание

Введение…………………………………………………………………….3

1.Условия работы двигателей  в зависимости от назначения…………..4

2. Неустановившиеся режимы, переходные процессы………………….4

3. Сравнительная оценка  показателей работы дизелей…………………9

4.Пуск двигателя. Фазы  пуска……………………………………………16

Список литературы………………………………………………………..23

Введение

Современные автотракторные двигатели должны иметь высокую экономичность. Надёжность, долговечность, по возможности меньше габаритные размеры и массу, безотказный пуск при различных условиях окружающей среды. Минимальную экологическую безопасность.

Эксплуатация двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на сельскохозяйственном тракторе при выполнении технологических операций машинно-тракторным агрегатом (МТА) сопровождается непрерывно изменяющимися воздействиями. Внешние воздействия характеризуются температурой, давление, влажностью и запылённостью окружающей среды, неустановившимся режимом загрузки двигателя. Неустановившийся режим обусловлен рельефом поля. Физико-механическими свойствами почвы, конструкцией с.-х. машины, трансмиссии и ходовой части трактора, а также видом выполняемой сельскохозяйственной операции и связанной с её частотой включения сцепления, передачи. гидросистемы.

Перечисленные эксплуатационные факторы ухудшают показатели технического уровня ДВС, которые в свою очередь снижают производительность МТА и увеличивают затраты на выполнение с.-х. работы.

Знание причин снижения технического уровня ДВС и ухудшения технико-экономических показателей МТА позволит эксплуатационнику свести эти негативные влияния к минимуму.

1.Условия работы  двигателей в зависимости от  назначения

Особенности условий работы ДВС характеризуются температурой, давлением. Влажностью и запыленностью окружающей среды.

Температура эксплуатации тракторов, дорожных машин колеблется от - 60 до +55°С с относительной влажностью до 90%. Колебание этих величин может происходить в течение не только года, но и суток. Низкая температура ухудшает протекание рабочих процессов, пуск, снижает экономичность, увеличивает износ и жесткость работы. Чрезмерно высокая температура снижает мощность, увеличивает износ.

Изменение атмосферного давления окружающей среды приводит к изменению плотности свежего заряда, а значит, и наполнение цилиндра.

Повышенная влажность  воздуха вызывает увеличенный коррозионный

износ.

Поскольку работа машин связана с землей, почвой, то эксплуатация сопровождается запыленностью, среднее значение которой приведено в табл. 1.

                                                                                           Таблица 1.

2. Неустановившиеся  режимы, переходные процессы

Режимы работы характеризуются  частотой вращения коленчатого вала, нагрузкой на двигатель, которые  в свою очередь определяют температуру  охлаждающей жидкости и масла, давление масла в системе маслоснабжения. Режимы работы зависят:

1. от времени работы под нагрузкой в % от общего фонда;
2. от распределения времени по циклам при выполнении типичных технологических операций:
3. от числа включений за 1час: сцепления, коробки передач, фрикционов, гидросистем, оказывающих влияние на загрузку двигателя;
4. от типа орудий, с/х машин, вида технологической операции, скорости перемещения машинно-тракторного агрегата, физико-механических свойств почвы, микрорельефа почвы, типа движителя и трансмиссии, которые оказывают непосредственное влияние на колебания частоты и нагрузки двигателя вследствие изменения момента сопротивления;
5. от количества пусков на 100 часов работы.

Рассмотрим эти факторы подробнее. Общее время работы двигателя показано в табл. 2.

Таблица 2.

Как видно из таблицы, трактор до 90% времени работает под нагрузкой.

Интенсивность включения коробки  передач, сцепления, гидросистемы, тормозов, приведенная в табл. 3., свидетельствует, что наибольшему воздействию подвержен бульдозер, что непосредственно скажется на работе двигателя.

Таблица 3.

Двигатель, установленный на мобильную  машину, работает на переменном (неустановившемся) режиме, который обуславливает переменный характер изменения всех его параметров. Для автомобильного двигателя переменный режим составляет 92...97%, для с/х тракторов 60...65% от общего времени работы.

Различают три вида неустановившегося  режима работы тракторного двигателя :

1. колебания частоты вращения в пределах нечувствительности регулятора;
2. колебание больше степени нечувствительности регулятора, но только в пределах регуляторной ветви характеристики;
3. колебания выходят на корректурную ветвь.

Неустановившийся режим  работы ДВС характеризуется следующими параметрами Рис. 1.

Рис.1Параметры  неустановившегося режима работы ДВС

Т - период изменения, с;

Степень неравномерности,

(1)

Среднее значение момента,

При выполнении пахотных работ 

Для дорожно-строительных работ 

Обратная величина периода, называемая частотой:

                                                            (2)

При работе двигателя на с/х тракторе колебания имеют  очень сложный характер и спектр частот изменяется от 0,05 до 230гц.

Исследования установили составляющие этих колебаний и их источники:

первая составляющая с  частотой f₁ = 0,05...0,25гц - формируется физико- механическими свойствами почвы;

вторая составляющая с  f₂ = 0,3...5гц - формируется микрорельефом почвы;

третья составляющая с  f₃ = 6...11гц - формируется действием гусеничного движителя;

четвертая составляющая с  f₄ = 35... 57гц - формируется ведомой шестерней конечной передачи;

пятая составляющая с f₅ = 128...230гц - шестернею центральной передачи. Этими исследованиями установлены причины ухудшения мощностных и экономических показателей ДВС, так устанавливают, что неустановившийся режим работы двигателя приводит к снижению мощностных и экономических показателей до 30% и увеличению износа на 20...80%.

Пуск двигателя является частным случаем неустановившегося  режима. От качества и количества пусков зависит долговечность двигателя. В свою очередь параметры пуска зависят от многих факторов. Чем ниже температура окружающей среды, тем выше минимальная пусковая частота (рис. 1.2), тем больше необходим момент на прокручивание коленчатого вала (рис. 1.3). В то же время с повышением пусковой частоты возрастает момент прокручивания (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Влияние температуры окружающей среды на пусковую частоту.

Рис. 1.3 Влияние частоты  вращения на момент проворачивания при разных температур

Время пуска двигателя  зависит от температуры окружающей среды, технического состояния двигателя, регулировок угла опережения зажигания и впрыска топлива, состояние пусковых устройств и многих других факторов.

3. Сравнительная  оценка показателей работы дизелей

К основным показателям технического уровня ДВС принято относить: мощностные показатели, экономические, удельные параметры, показатели износостойкости и экологические.

Мощностные показатели.

В соответствии с ГОСТ 18509-88 «Дизели тракторные и комбайновые» различают номинальную мощность, эксплуатационную мощность, мощность нетто, максимальную мощность.

1. Номинальная мощность N_е,_ном. - назначаемая предприятием- изготовителем эффективная мощность дизеля при номинальной частоте вращения, положении органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подачи топлива, стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива; дизель, установленный на испытательном стенде, должен быть без вентилятора, воздухоочистителя, глушителя шума выпуска и впуска, искрогасителя, выпускной трубы и нейтрализатора отработавших газов, а также без оборудования, потребляющего мощность дизеля, но его не обслуживающего.
2. Эксплуатационная мощность N_e,_э - назначаемая предприятием- изготовителем эффективная мощность дизеля при номинальной частоте вращения, положении органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подачи топлива, стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива; дизель, установленный на испытательном стенде, должен быть укомплектован всем оборудованием, его обслуживающим, независимо от того, установлено оно на дизеле или тракторе, сельскохозяйственном комбайне или другой самоходной сельскохозяйственной машине, для которой этот дизель предназначен; оборудование, не обслуживающего дизель, но потребляющего его мощность, должно быть отключено или снято, а в том случае, если это не предусмотрено конструкцией, должно работать без нагрузки.

Мощность  нетто N_e^Net - эффективная мощность установленного на испытательном стенде дизеля при положении органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подача топлива; дизель должен быть укомплектован всем оборудованием, его обслуживающим, в том числе радиатором системы охлаждения, независимо от того, установлено оно на дизели или тракторе (комбайне, другой сельскохозяйственной машине), для которого этот дизель предназначен. Оборудование, не обслуживающее дизель, должно быть отключено или снято, а в случае, если оно не предусмотрено конструкцией, должно работать без нагрузки. Капот должен быть снят. Мощность нетто определяют у дизелей, предназначенных для экспорта.

4. Приведённая мощность нетто N_e^Net-мощность нетто при давлении сухого воздуха 99 кПа и температура окружающего воздуха 25 С.

5. Максимальная мощность нетто N _{e max}^Net - наибольшее значение мощности нетто, полученная во время испытаний.
6. Максимальная мощность N_{e max} - наибольшее значение эффективной мощности установленного на испытательном стенде дизеля при положении органов управления регулятора частоты вращения, соответствующем полной подаче топлива.

Эффективная мощность двигателя  определяется зависимостями

Где Р_е - среднее эффективное давление, МПа; V_h i - литраж двигателя, л; n - частота вращения, мин ^-1; - коэффициент наполнения, - плотность воздуха, кг/м3; - эффективный КПД; H_u - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; - коэффициент избытка воздуха; L_o - теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива; - тактность двигателя.

Крутящий момент двигателя  определяется по зависимости:

Где М_н - величина момента на режим номинальной мощности; М_мах - максимальный момент (Н м); - номинальная мощность, кВт; N_ем - мощность при максимальном моменте, кВт; n_н, n_м - частота вращения при номинальной мощности и максимальном моменте соответственно, мин-1.(Рис. 1.4.)

Рис.1.4. Значение мощностей и моментов по скоростной характеристике

Рис. 1.5.Значение мощностей и моментов по скоростной характеристике двигателя постоянной мощности

10-15 лет назад, наметилась тенденция  применения на тракторах двигателей с постоянной мощностью (ДПМ) на отечественных и зарубежных конструкциях , хотя попытки применения ДПМ были сделаны с нашей стране на ЧТЗ и ЧИМЭСХ в 1969г.

Для двигателя с постоянной мощностью  К_м = 1,25.1,55. (Рис. 1.5).

Исследование сельскохозяйственных и промышленных тракторов показали, что применение ДПМ с коэффициентом запаса крутящего момента 30-50% являются эффективным средством повышения их тягово-экономических показателей, приемистости и производственных показателей . Повышается тяговая мощность на 3.8%, топливная экономичность на 4.10%, интенсивность разгона в 1,2-2,5 раза.

Использование ДПМ на гусеничных тракторах  с ГМТ при заблокированном гидротрансформаторе способствует повышению тяговой мощности на 1112%, топливной экономичности на 10.11%, интенсивности разгона на 30.40%.

Применение ДПМ обеспечивает в  среднем повышение производительности и уменьшение расхода топлива на единицу выполненных работ с/х тракторов на 6.8% (сменной - на 8.12%), промышленных тракторов - на 15-25%.

Для с/х тракторов общего назначения рациональными параметрами МТУ  является коэффициент запаса крутящего  момента 40-45% при энергонасыщенности тракторов 13.15 кВт/т, число рабочих передач 3-4 (гусеничные тракторы), 3х при (1-2й транспортных передачах) колёсные тракторы. Интервал между ступенями по передаточным числам должен составлять 20-25%.

Это нашло применение на тракторах  фирмы Катерпиллер, Каменс и Фи- ат-Аллис  ДПМ с двумя уровнями мощности, причём автоматический переход с  одного уровня на другой обусловлен выбором  рабочей передачи в трансмиссии и осуществляется путём оперативной перерегулировки топливной аппаратуры.

Экономические показатели двигателя.

Экономические показатели двигателей характеризуются расходом топлива и смазки.

Удельный эффективный расход топлива:

g_e = G_t 1000 / Ne, г/кВт ч; g_e = 3600 / H_u η_м η_i ; g_e = 3600 / H_u η_e, г/кВт ч

где G_t - часовой расход топлива кг/ч, Н_u - теплота сгорания МДж/кг, η_е - эффективный КПД, η_м - механический КПД. Для дизельного топлива Н_и ~ 42,7 МДж/кг.

Изменение этих параметров для современных дизелей приведено в таблице 4.

Таблица 4.

Наименьшее значение удельного  расхода топлива, по рекламным данным, достигнуто фирмой Deutz: g_e= 205 г/кВт ч; g_{e min} = 193 г/кВт ч. .

Соотношение удельных расходов топлива на корректорной ветви и  номинале находится в интервале g_{e min} / g_{e н} = 0,91.. .0,96.

Согласно ГОСТ 20000-88 после 1995г., отечественные двигатели должны иметь g_e<215 г/кВт ч, ближе всех к этому подошли двигатели Алтайдизеля, ЯМЗ.

За последние 30 лет у  лучших зарубежных тракторных двигателей удельный расход топлива снизился на 26-27%, у отечественных на 17-18%, т.е. они находятся на уровне, что был у зарубежных конструкций 15-20 лет назад. Для обеспечения номинального удельного расхода топлива 205 г/Квт ч, эффективный КПД должен быть

ηе = 3600 / ge Hu = 3600 / 205 42.7 = 0.41.

Для этого необходимо, чтобы  η_м = 0,9…0,85, η_i = 0.45. При современном состоянии автотракторной техники (предельные значения n = 0,51, η_м = 0,9 и η_е = 0,46) предельным значением удельного расхода нефтяных топлив следует считать 183…184 г/кВт ч.

Расход смазки характеризуется  часовым, относительным и удельным расходом.

Относительный расход масла:

C = Gм / G_t 100%,

Где Gm - часовой расход масла, кг/ч; Gt = часовой расход топлива, кг/ч.

Для лучшех образцов двигателей С = 0,2…0,3%, для отечественных 0,35.0,5%.

Удельный расход масла:

С_уд = 1000Gm / Ne, г/кВт ч.

Для отечественных двигателей С_уд = 1,2…2,4 г/кВт ч, для зарубежных С_уд = 0,7…1,0 г/кВт ч. Согласно ГОСТ 20000-88 после 1995г. расход масла должен быть С<0,3%.

 Показатели износостойкости.

Износостойкость - это способность испытываемого образца, детали или сопряжения деталей, оказывать сопротивление изнашиванию, т.е. процессу постепенного изменения таких показателей как размеры, формы, массы, зазоры в сопряжении деталей и др.

Скорость изнашивания (tg α) - это отношение значений износа ко времени, в течении которого произошло изменение.

Коэффициент износостойкости - это отношение удельной износостойкости деталей, сопряжения в определённых условиях (изменение конструкции, технологии, материала) к удельной износостойкости исходной.

Удельная износостойкость - это величина обратная скорости изнашивания.

Интенсивность изнашивания - это отношение величины износа к пути трения (или объёму выполненной работы).

Ресурс сопряжения подсчитывается по формуле:

Где, - начальный и предельный зазор в сопряжении соответственно; tg α - скорость изнашивания.

Долговечность это свойство объекта сохранять работостойкость до наступления предельного состояния, количественно определяется в часах и зависит от скорости изнашивания.

Для автомобильных двигателей ресурс до капитального ремонта в часах  оценивается из условий средней  скорости движения автомобиля ориентировочно 50 км/ч. Например фирма «Deutz» для двигателя BF6M-1015c при N = 300кВт, n = 2000мин-1, указывает пробег 1 млн.км, значит ресурс до капитального ремонта составляет 20 тыс.ч.

Ресурс отечественных такторных  дизелей определён ГОСТ 20000-82. Дизели тракторные и комбайновые. Основные параметры. Общие технические требования.

После 1990г. ресурс отечественных двигателей должен быть 10-12 тыс. моточасов.

Зарубежные фирмы назначают  свой ресурс в пределах: Фирма "Caterpillar" - 10-22 тыс.ч. по испытаниям в России - 9300ч. Фирма "Comatsu" - 10-12 тыс.ч. Фирма "Kummins" - 10-15 тыс.ч.

По данным фирмы "Case" - (Кейс интернейшнел). Затраты на ремонт через 6 лет эксплуатации трактора увеличиваются в 36 раз, расход топлива в 2 раза, цена снижается в 2 раза. Поэтому при наработке 800 часов в год срок эксплуатации не должен превышать 5-6 лет.

 Экологические показатели  двигателей.

Экологические показатели ДВС характеризуются  выбросом вредных веществ дымностью отработавших газов, а также уровнем шума и вибрации

Нормы удельных выбросов для тракторов  по различным нормативам приведены в таблицах 5-7 .

Нормы удельных выбросов для тракторных двигателей.

Таблица 5.

Норма удельных выбрсов для  легковых автомобилей.

Таблица 6.

Норма удельных выбрсов для легковых автомобилей.

Таблица 7.

Шум форсируется на расстоянии 1м  от двигателя, он не должен превышать 80 дБ (А).

4.Пуск двигателя. Фазы  пуска

В двигателях внутреннего сгорания работающее тело (газ) может достигнуть работоспособного состояния лишь при достаточно удовлетворительном протекании процессов смесеобразования, воспламенения и горения рабочей смеси.

Последнее в значительной степени  зависит: 1) от характера протекания 
процессов теплообмена между работающим телом (газом) и стенками цилиндра, т. е. от температурных условий в процессе пуска; 2) от величины средней скорости перемещения поршня, т. е. от скорости вращения коленчатого вала двигателя во время пуска.  Поэтому пуск двигателя внутреннего сгорания возможен при следующих условиях: 1) если соответствующими мероприятиями будет обеспечено воспламенение рабочей смеси в цилиндре двигателя; 2) если внешним источником энергии (водителем, электростартером, специальным пусковым двигателем) будет обеспечена необходимая скорость вращения коленчатого вала.

Пуск автотракторного двигателя  осуществляется при различных температурных условиях, причем с понижением температуры окружающей 
среды трудности пуска двигателя значительно увеличиваются. Последнее 
объясняется следующим: 1) значительным возрастанием вязкости смазочного 
масла из-за понижения его температуры, что сопровождается увеличением 
необходимой мощности для получения требуемой скорости вращения коленчатого вала; 2) падением мощности электростартера (в случае пуска электростартером) из-за понижения емкости и напряжения аккумуляторных батарей; 3) понижением температуры конца сжатия из-за более низкой темпера- 
туры поступающего в цилиндр воздуха и вследствие большей отдачи тепла 
в процессе сжатия холодным стенкам цилиндра; 4) ухудшением процесса 
смесеобразования из-за увеличения вязкости топлива и ухудшения его 
испаряемости.

Работа, затрачиваемая при пуске  двигателя, расходуется: 1) на преодоление работы трения в двигателе, на работу вспомогательных механизмов и на осуществление процессов впуска и выпуска; 2) на работу сжатия газа в начальный период пуска; 3) на разгон движущихся частей двигателя. 

Перед пуском двигатель необходимо полностью подготовить: заправить  маслом и водой; проверить, чтобы  в топливном баке было достаточное  количество топлива; рычаг передач поставить в нейтральное положение.

Для того чтобы двигатель начал  работать, необходимо его коленчатый вал провернуть при включенном зажигании  и подаче топлива. Коленчатый 720 вал можно проворачивать при помощи стартера или. вручную пусковой рукояткой. При ручном пуске рукоятку обхватывают всеми пальцами руки с одной стороны во избежание удара в руку.

После пуска прогревают двигатель  при умеренных числах оборотов и  по контрольным приборам проверяют  исправность действия систем двигателя (смазки, охлаждения, зажигания).

Пускают карбюраторный двигатель  в такой последовательности:

1. приоткрыть дроссельную заслонку карбюратора, немного вытянув кнопку управления заслонкой;
2. если двигатель холодный, закрыть воздушную заслонку карбюратора, вытянув кнопку управления заслонкой;
3. включить зажигание;
4. провернуть коленчатый вал двигателя, включив стартер или провернув пусковую рукоятку;
5. как только двигатель начнет работать (появятся вспышки), приоткрыть воздушную заслонку и, немного нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой, при умеренных числах оборотов вала прогреть двигатель до температуры воды в системе охлаждения не ниже 40° С; для ускорения прогрева холодного двигателя при наличии жалюзи в системе охлаждения необходимо их прикрыть;
6. по мере прогрева двигателя установить в исходное положение кнопки управления карбюратором;
7. проверить работу двигателя по контрольным приборам.

При пуске двигателя в холодное время его необходимо предварительно прогреть, заливая горячую воду и  масло или пользуясь специальными подогревательными устройствами.

Для облегчения работы стартера при  пуске двигателя рекомендуется  выключать сцепление, чтобы отключить  коробку передач.

Останавливают двигатель выключением  зажигания.

Пуск дизелей