Техническая характеристика трактора

Техническая характеристика трактора

?к - коэффициент нагрузки на ведущие колеса трактора (для колесных тракторов) равен 0,75;

f - коэффициент сопротивления качению (для колесных тракторов) лежит в пределах =0,05-0,1;

g - ускорение свободного падения, м /c2.

Конструкционная (сухая) масса трактора m- масса трактора в не заправленном состоянии, без тракториста, инструмента, дополнительного оборудования и баланса, определяется по формуле

(4)

где - масса воды;

- масса горюче-смазочных материалов;

- масса инструмента и запчастей;

- масса баланса;

- масса трактора;

Конструкционную массу определим по следующему выражению

кг (5)

1.3 Определение радиуса ведущих колес трактора

Размер колес существенно влияет на проходимость трактора, скоростные качества, условия сцепления его с почвой, величину удельного давления на грунт и степень его уплотнения. Расчетный радиус ведущих колес определяем следующим образом. Рассчитываем нагрузку, приходящуюся на колеса, по формулам

H (7)

H,

где GЗ.К. и GП.К.- вертикальная нагрузка, приходящаяся соответственно на задние и передние колеса, H.

1.4 Определение теоретических рабочих скоростей движения трактора

Выбор структуры рода основных передач производим по принципу геометрической прогрессии, что обеспечивает одинаковые пределы изменения крутящего момента двигателя на всех передачах.

Знаменатель геометрической прогрессии находим из выражения

, (9)

где - знаменатель геометрической прогрессии;

Vr1=1,42 - теоретическая скорость на первой основной передаче, м/с;

Vrz =5,8 - теоретическая скорость на высшей передаче, м/с;

Z=7 - количество передач.

Зная скорость на первой основной передаче и знаменатель геометрической прогрессии, определяем теоретическую скорость на любой передаче

(10)

где V- скорость на К-ой передаче;

K - номер передачи.

, ;

, ;

, ;

, ;

,

Передаточное число трансмиссии находят следующим образом

(11)

где =30 - номинальное число оборотов коленчатого вала двигателя, с-1 (принимаем по заданию);

=0,37 - радиус качения ведущего колеса колесного трактора, м;

- скорость движения на К - ой передаче, м/с.

n=3 и m=1 - степенные показатели числа пар шестерен, работающих в трансмиссии на заданной передаче (берутся на основе конструкции коробки передач трактора-прототипа);

- коэффициент эксплуатационной загрузки тракторного двигателя = 0,85

2. Расчет ДВС

2.1 Процесс впуска

Процесс впуска предназначен для наполнения цилиндра рабочей смесью у карбюраторных ДВС и воздухом у дизелей. От совершенства этого процесса зависят мощностные и экономические показатели ДВС.

Начинается такт впуска в за 100-300 поворота коленчатого вала, до прихода поршня в верхнюю мертвую точку ДВС. Заканчивается не в нижней мертвой точке (НМТ), а в точке, соответствующей повороту коленчатого вала на 400-800 от НМТ.

Процесс впуска характеризуется величиной потери давления при впуске

?Pa = Po - Pa (15)

?Pa=(?2+?ВП)?2ВП?В0.5 Па, (16)

где ? - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

?ВП - коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению (обычно принимают (?2+?ВП)= 3,25;

?ВП =95 м/с - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило - в клапане);

?В - плотность заряда при впуске;

(17)

где P0 = 0,1 мПа - атмосферное давление;

KВ = 287- удельная газовая постоянная воздуха;

T0 = 2880 К - температура окружающей среды;

 , (18)

где Pв -давление наддува или продувки.

Давление в конце процесса впуска определяется из (17)

Pa = Po - ?Pa=0,1-0,068=0,12 Па ; (19) Коэффициент остаточных газов

, (20)

где ?t=100-400 -температура подогрева свежего заряда за счет контакта со стенками ДВС;

?=17- степень сжатия;

Tr =900 - температура остаточных газов, 0K;

Pr =0,13 - давление остаточных газов, мПа;

Полученные значения сравниваем со следующими справочными данными: ?r=0,03 - 0,06.

Температура в конце процесса впуска

(21)

Коэффициент наполнения

(22)

??= 0,75 - 0,9 у дизелей

Температура рабочей смеси в конце сжатия (точка С) определяем на основе характеристических уравнений состояния газа в точке (A) и в точке (С)

ТС=Та ?n1-1 =327,59150,353 =1049 К (25)

Давление и температура в точке С должны находиться в следующих пределах:

для дизелей PС = 3 - 5,5 МПа

для дизелей без наддува TС = 700 - 930 K

Процесс сгорания является основным процессом рабочего цикла. В результате этого процесса тепло, выделяемое вследствие сгорания, идет на повышение внутренней энергии рабочего цикла и совершение механической работы.

Процесс сгорания в совокупности с расширением - самые важные процессы в рабочем цикле и от их совершенства зависят мощностные и экономические показатели Д.В.С. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива

,

где C=0,857; H = 0,133; ОТ = 0,01;- весовые доли углерода, водорода и кислорода, содержащихся в топливе.

Эта же величина в кило молях

(26)

где ?В= 28,96 кг/моль - масса 1 Кмоля воздуха.

Действительное количество воздуха в Кмолях, поступившее в двигатель для сгорания 1кг топлива

Mа = M?=0,4991,35=0,67 (27)

где ?- коэффициент избытка воздуха, который зависит от способа приготовления рабочей смеси, режима работы ДВС, рода применяемого топлива.

?= 1,2 -1,7 - для дизелей.

Количество продуктов сгорания

(28)

Химический коэффициент изменения горючей смеси

(29)

Действительный коэффициент изменения горючей смеси

(30)

для дизеля 1,01…1,06

Низшая удельная теплота сгорания дизельного топлива

Hu=(33.91C+125.6H-10.89O-22.59H)103=61572 кДж /кг; (31)

Теплота сгорания рабочей смеси дизеля

кДж (32)

Температура в конце видимого процесса сгорания

(33)

Коэффициенты для дизелей (34)

(35)

(36)

= 1,6…2,5 2 для дизеля с нераздельной камерой сгорания

Давление в конце видимого процесса

PZ=?PC =24,16=10,58 мПа (37)

В результате расширения тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую энергию. Процесс расширения в реальном ДВС осуществляется по политропе, т.е. сопровождается интенсивным теплообменом.

Показатель политропы n2 определяем по формуле

n2=1,18+130/nH=1,18+130/1600=1,25 (38)

где nн - номинальная частота вращения коленчатого вала ДВС.

n2=1,22-1,25.

На величину n2 влияют: частота вращения коленчатого вала, величина нагрузки, интенсивность охлаждения.

Степень предварительного расширения определим по формуле

(39)

где ?- действительный коэффициент молекулярного изменения;

- степень повышения давления;

TZ - температура продуктов сгорания в точке Z;

TC- температура рабочей смеси в точке С.

Степень последующего расширения

(40)

Давление и температура в конце расширения (точка В):

для дизелей

(41)

(42)

2.5 Процесс выпуска

Теоретическое среднее индикаторное давление, Па, отнесенное к полезному ходу поршня (не скругленной индикаторной диаграммы) определяем по формулам для дизелей

где Pс - давление в конце сжатия, Па.

?- степень повышения давления при сгорании,

?? ?-соответственно, коэффициенты предварительного и последующего расширения,

?- степень сжатия,

n1, n2- показатели политропы соответственно сжатия и расширения.

Действительное среднее индикаторное давление, Па, за цикл равняется

 , (45)

где ?=0,92-095 - коэффициент полноты диаграммы, учитывающий отклонении действительного процесса (цикла) от расчетного.

Значение среднего индикаторного давления при работе ДВС с полной нагрузкой для дизелей без наддува составляет до 1,2 МПа,

Индикаторный КПД

, (46)

где Pi - среднее индикаторное давление, Па,

г/кВт ч (47)

средняя скорость поршня Wср =6 м/с

литраж ДВС

л, (48)

где i - число цилиндров. 4

При расчете механических потерь на преодоление различных сопротивлений при работе двигателя используют величину среднего давления PМ, Па механических потерь. Величина PМ зависит от конструкционных особенностей ДВС и средней скорости поршня.

Для дизелей с неразделенной камерой сгорания

Pm=0,089+0,012Wn=0,089+0,0125,94=0.23 мПа, (49)

где Wn- средняя скорость поршня при номинальной мощности, м/с.

, (50)

где S =1,143- ход поршня, м,

nн - номинальное число оборотов коленчатого вала, об/мин.

Среднее эффективное давление Ре, для дизелей Ре=0,5-1,0 МПа,

Pe=Pi-PM=0,8879-0,273=0,93 МПа (51)

Механические потери в ДВС оцениваются условным механическим КПД (?м)

 (52)

Эффективный КПД (?e) по аналогии с ?i равен

(53)

Эффективный удельный расход топлива ge = Gi / nvg,=187/0.83=271 г/кВтч

Крутящий момент двигателя

нМ (54)

Литровая мощность

кВт/л (55)

где D - диаметр цилиндра, м;

S - ход поршня, м;

Для определения диаметра цилиндра D и хода поршня S следует задаться величиной

S / D = B. Для тракторных дизелей это соотношение берется в пределах 0,9 - 1,2.Чем выше nн, тем меньше следует выбирать S / D.

Величина S / D - важный показатель ДВС, определяющий его габариты и массу, а так же протекание рабочего процесса. Увеличение отношения S / D ведет к увеличению средней скорости поршня Vn, а, следовательно, к возрастанию динамических нагрузок, сил трения и уменьшению механического КПД. В целом это ведет к увеличению габаритов и массы двигателя и ухудшению индикаторных показателей. Уменьшение S / D влечет за собой увеличение диаметра цилиндра и давлению на него.

Подставив в уравнение (30) значение S = BD, получим откуда диаметр цилиндра D, м.

(57)

ход поршня

S = (S/D) D=1.136110,3=90, мм (58)

Принимаем S =90 мм;

Объем цилиндра Vh, исходя из геометрических соображений

(59)

Далее определяем размеры кривошипно-шатунного механизма (КШМ) радиус кривошипа коленчатого вала

r = S/2=125/2=62,5 мм, (60)

где S - ход поршня

Определяем длину шатуна l

l = r/?=54/0,279=189,96, (61)

где r - радиус кривошипа;

Определяем объем камеры сгорания (Vс)

(62)

Определяем полный объем

(63)

2.8 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы производится по результатам теплового расчета в координатах р-V. Существует несколько рекомендаций построения индикаторной диаграммы. Воспользуемся способом, который позволяет не только построить индикаторную диаграмму в координатах р-V, но и в дальнейшем легко развернуть ее в координаты р-?.

Сначала строим оси координат и наносим на них шкалы. Соотношение масштабов по осям принимаем так, чтобы высота диаграммы превышала ее основание примерно в 1,5 раза. По оси ординат через равные промежутки промежутки наносим шкалу давления газов от 0 до величины, несколько большей рz (масштаб ?рz=0,05 МПа/мм).

По оси абсцисс рекомендуется используем две шкалы. Одна шкала объема V занимаемого газом в цилиндре двигателя с нулем в точке О, точке пересечения осей р и V. Другая шкала Sх/S, облегчающая построение, с нулем в ВМТ и единицей в НМТ. Отрезок соответствующий рабочему объему цилиндра или ходу поршня на оси абсцисс принимается за условную единицу равную отношения перемещения поршня Sх от ВМТ к ходу поршня S. Нанесение шкал начинаем с построение отрезка АВ (для удобства построения его величину берём равной 200 мм), затем отложить отрезок ОА соответствующий объему камеры сгорания равный

; (64)

и для дизельных двигателей отрезок равный

. (65)

После построения шкал по данным теплового расчета на диаграмме откладываем в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках a, c, z', z, b и r.

Построение политроп сжатия и расширения мы производим аналитическим методом. При построении координаты промежуточных точек рассчитываются по уравнению политропы .

Для политропы сжатия

; (66)

Для политропы расширения

. (67)

В курсовой работе значения берём через =20о поворота коленчатого вала от точки r. Причем достаточно произвести расчет для =(0...180), что соответствует ходу поршня .

Учитывая, что и имеем .

Полученные результаты заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты расчетов для построения индикаторной диаграммы

Используя шкалу Sх/S, наносим промежуточные точки политроп сжатия и расширения, соединяя их плавными кривыми, являющиеся соответственно политропой сжатия ac и политропой расширения zb. Соединив, тонкими линиями все расчетные точки, получаем расчетную индикаторную диаграмму. При расчете и построении индикаторной диаграммы используем лицензированный программный продукт «EXCEL».

Для получения действительной индикаторной диаграммы "скругляем" расчетную диаграмму на участках, изображающих процессы сгорания и впуска-выпуска, так как показано на рисунке, с учетом углов впрыска и воспламенения топлива, открытия и закрытия клапанов.

Результирующая радиальная сила определяется алгебраической суммой составляющих и К', то есть

(75)

Основным назначением маховика является обеспечение заданной равномерности вращения коленчатого вала и возможности трогания трактора с места. Причиной неравномерности вращения коленчатого вала двигателя при установившимся режиме является периодический характер изменения крутящего момента.

Степень равномерности вращения коленчатого вала при установившимся режиме характеризуется коэффициентом неравномерности хода

, (76)

где max - максимальная угловая скорость вала, рад/с;

min - минимальная угловая скорость вала, рад/с;

ср - средняя угловая скорость коленчатого вала, рад/с;

В то же время величина определяется из соотношения

, (77)

где Lизб - избыточная работа крутящего момента, Дж;

Io - приведенный к оси коленчатого вала момент инерции движущихся масс двигателя .

Для определения параметров маховика необходимо найти его момент инерции, который для тракторных двигателей равен

Iм = 0,825 Io, (78)

где Io определяется из (62), причем избыточная работа Lизб берется из

соотношений Lизб / Lср =0,17.

Средняя работа крутящего момента

Lср = Mср = Mср4, (79)

где - один цикл работы двигателя, выраженный в радианах (для четырехтактного двигателя = 4);

Mср - средний крутящий момент.

I0=Lизб/2=Lср0,17/2

I0=Мср0,68/2

IМ=0,561Мср/2

Для нахождения Mср построим кривую изменения суммарного крутящего момента двигателя как функцию угла поворота .

Для построения кривой моментов используется график касательных сил Т, учитывая, что для одного цилиндра

Mкрц = Тr

Определение крутящего момента многоцилиндрового двигателя производим путем суммирования крутящих моментов отдельных цилиндров, для чего на график Мкрц первого цилиндра накладывают графики Мкрц остальных цилиндров, учитывая сдвиг фаз

Для четырехтактных двигателей = 7200 / 4 =1800;

Суммирование производим как графически, так и аналитически, табличным способом (смотри приложение)

Средний крутящий момент

Мср=318 Нм;

Полученную величину Мср контролируем, используя формулу

Нм (80)

где Mе- эффективный крутящий момент;

?мех - механический КПД

Ошибка ?=(Мср.- Мср.гр)./ Мср..100=0. Используя формулы (60), (61), (62), находим Iм.

Предварительно принимаем, что средний диаметр маховика равен

Dср =2,5S=2,50,110=0,270 м, (81) где S - ход поршня.

Учитывая, что

, (82)

где mм - масса маховика.

, (83)

, (84)

(85)

Наружный диаметр маховика выбирается с учетом условия прочности, которое выражается в том, чтобы окружная скорость Vм на ободе маховика не превышала допустимой (для чугунных маховиков Vм?70м/с, для стальных литых Vм?100м/с, для стальных штампованных Vм?110м/с)

(86)