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…………………………………………………. Определение номинальной мощности двигателя и среднего индикаторного давления газов…………………………………………… 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

 

 

2. 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

 

2. 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

 

3. 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;