Визначення середнього крутного моменту двигуна

Середнє значення крутного моменту визначають через середнє за цикл значення Т_ср сумарної тангенціальної сили Т_Σ . Найпростіший спосіб її знаходження полягає у підрахунку площі F_д під кривою Т_Σ і ділення її на довжину діаграми L_д з урахуванням масштабу μ_P побудови графіка Т_Σ:

Т_ср = (F_д·μ_P/L_д). (4.12)

При цьому площу під віссю абсцис слід вважати від'ємною. Підрахунок площі не викликає труднощів, якщо графік Т_Σ побудовано на міліметровому папері.

Значення площі F_д можна обчислити, скориставшись графоаналітичним методом – методом трапецій. Для цього побудовану криву Т_Σ ділять на довільні частини вертикальними лініями (чим більше – тим точніше буде обчислена F_д) і підраховують та сумують з урахуванням знаку площі одержаних окремих ділянок, які по формі вважають трапеціями.

При поділі кривої на досить велику кількість рівних частин середнє Т_ср значення сумарної тангенціальної сили Т_Σ знаходиться як середнє арифметичне всіх ординат.

Підставляючи одержане значення площі F_д і довжини L_д діаграми у формулу 4.11 та враховуючи масштаб побудови діаграми μ_Р одержуємо значення середнього крутного моменту двигуна:

М_кр = (F_д·μ_P/L_д)·(πD²/4)·r·10⁶= T_cр·(πD²/4)·r·10⁶, Нм (4.13)

Визначене за формулою 4.13 значення крутного моменту не враховує величини втрат на тертя (індикаторний крутний момент), які у тепловому розрахунку визначені через механічний ККД η_м. З урахуванням механічного ККД ефективний момент на колінчастому валу двигуна буде рівним:

М_е = М_КР·η_М, Нм. (4.14)

Величина М_е, знайдена за формулою 4.14 повинна співпадати зі значенням ефективного крутного моменту, визначеному в тепловому розрахунку (розділ 3). Розбіжності у значеннях вказують на наявність помилок у динамічному розрахунку чи при побудові графіків сил, які слід виявити та усунути до перевірки розділу з допомогою ЕОМ.

4.8. Для перевірки четвертого розділу на ЕОМ студент повинен заповнити таблицю 4.1 та підготувати дані у вигляді таблиці за зразком (табл.4.3). Параметри 9...13 при вводі в ЕОМ беруться безпосередньо з таблиці 4.1.

Для побудови діаграм на екрані ЕОМ слід знати кут розвалу циліндрів γ (для V-подібного двигуна) та кут між шатунними шийками колінчастого валу α. Ці дані приймають по двигуну-прототипу.

Список додаткових завдань до розділу наведено у додатку 4.

4.9. При задовільній якості виконання розрахунків по розділу 4 ЕОМ видруковує дані, які слід занести до таблиці 4.1: значення N, Р_шш та R_шш. Про бокову силу N, графік якої слід побудувати, було сказано вище (підрозділ 4.4). Сили Р_шш та R_шш є силами, що навантажують шатунну шийку KB. Про них слід сказати окремо.

4.9.1. Зі сторони шатуна на шатунну шийку діє сила Р_ш, яку розкладають на дві складові: тангенціальну Т_S, яку ми вже визначили, та нормальну Z_S, що діє вздовж осі кривошипа:

Z_S= P_с·cos(α + β)/cosβ, МПа (4.15)

До сили Z_S додається сила інерції від обертання маси m_ш нижньої головки шатуна Р_S, що також діє вздовж осі (по радіусу) кривошипа:

P_S = – (1 – ľ)·m_ш·r·ω²·10^-6, МПа, (4.16)

де (1 – ľ)·m_ш – частина маси шатуна, віднесена до нижньої головки. Позначення інших величин відповідає формулам 4.7 та 4.8.

Сили Z_S та P_S діють по одній лінії і тому їх можна сумувати з урахуванням знаку. Їх алгебраїчна сума позначена Р_шш = Z_S + P_S і складає колонку P_шш таблиці 4.1.

Таблиця 4.3.

Список параметрів динамічного розрахунку двигуна для вводу в ЕОМ

№№ пп	Параметри: назва та позначення (приведені російською мовою як на екрані ЕОМ)	Одиниця виміру	Значення
	принятое отношение λ = r/ 1_ш	–
	принятый ход поршня по инд. диаг.S_п , L	мм
	принятая отн. масса поршня m’п, m_п	кг/ м²
	принятая отн. масса шатуна m’ш, m_ш	кг/ м²
	неуравновешенные массы колена вала m’к, m	кг/ м²
	распределение масс шатуна = 0.275 ?, ľ	–
	шаг построения диаграммы, градусов, t	˚ПКВ
	относительный дезаксаж КШМ, а	–
Для угла поворота кривошипа, равного хградусов, введите значения параметров с учетом знака:
	перемещения поршня от ВМТ S_п=	мм
	силы ин. пост. движ. масс Р_J=	МПа
	силы давл. газов в цил. Р_g=	МПа
	суммарной силы Р_S =	МПа
	суммарной танг. силы Т_S =	МПа
	Для построения диаграмм сообщите:
	Угол развала цилиндров γ =	градусы
	Угол между шейками коленчатого вала α =	градусы

4.9.2. Результуюче навантаження на шатунну шийку з боку шатуна може бути знайдене, як векторна сума сил Т_Sта P_шш, кут між якими завжди дорівнює 90° і тому величина сумарної сили визначаэться як:

(4.17)

Значення результуючого навантаження на шатунну шийку R_шш повинно бути занесено до відповідної колонки таблиці 4.1.

За результатами розрахунків T_Sта Р_шш будується діаграма навантаження на шатунну шийку (індивідуальне завдання, розділ 6).

Розділ 5.

Розрахунок і побудова швидкісної характеристики двигуна

Швидкісна характеристика двигуна необхідна для подальшого проектування трактора чи автомобіля. На основі швидкісної характеристики виконують розрахунок тягової характеристики трактора, визначають тягово-динамічні показники автомобіля, проводять аналіз економічності проектованої машини.

На стадії проектування швидкісну характеристику одержують за допомогою методу подібності, враховуючи, що характер протікання процесів (наповнення циліндрів, термічного і механічного ККД, згоряння палива та ін.), які впливають на формування швидкісної характеристики, для однотипних двигунів однаковий, незалежно від номінальної потужності, номінальної частоти обертання KB і т.д. Можна вказати декілька різновидів використання методу подібності при розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики:

а). Табличний метод – характеристика задається у вигляді таблиці, наприклад, дані по прототипу, іноді у вигляді узагальнень у безрозмірних координатах (частота обертання KB, потужність або крутний момент і годинна або питома витрата палива виражаються у відсотках від номінального значення).

б). Аналітичний метод – залежності потужності або крутного моменту та годинної або питомої витрати палива від частоти обертання KB виражаються емпіричними рівняннями, одержаними на основі математичної обробки статистичних даних по двигунах певного класу (дизелі, карбюраторні, газові двигуни різного призначення).

в). Метод теплового розрахунку двигуна для різних значень частоти обертання KB.

Достовірність результатів, одержаних різними методами, відрізняються мало, похибка розрахованої характеристики від одержаної випробуваннями двигуна може становити 5...8%. При проектуванні віддають перевагу тим чи іншим методам розрахунку, що повинно обґрунтовуватися у курсовій роботі.

5.1. При наявності даних швидкісної характеристики прототипу (таблиця 7 додатку 1) можна скористатися методом подібності, обчислюючи коефіцієнти перерахунку параметрів:

К_N = N_e/N_епр (5.1)

та

К_G = G_т/G_тпр (5.2)

де N_е та N_епр– номінальні потужності проектованого двигуна та прототипу, відповідно;

G_т та G_тпр – годинна витрата палива на номінальному режимі для проектованого двигуна та прототипу, відповідно.

Після обчислення коефіцієнтів перерахунку знаходять для кожної частоти обертання двигуна n_x, значення яких повинні відповідати даним прототипу, відповідні значення потужності та годинної витрати палива:

N_ex = N_епрх·К_N (5.3)

та

G_тх = G_тпрх·К_G (5.4)

Значення крутного моменту М_ех та питомої витрати палива g_ех обчислюють за формулами:

M_eх = 9550·N_eх/n_х , Нм (5.5)

та

g_eх = 1000·G_тх/N_eх , г/(кВтгод) (5.6)

підставляючи поточні значення N_ех (кВт), G_тх (кг/год) та n_х (хв^-1).

Дані розрахунків заносять до заздалегідь підготовленої таблиці (див. зразок – табл. 5.3)

5.2. При відсутності даних характеристики прототипу можна скористатись табличним методом за відомими співвідношеннями між параметрами відносної швидкісної характеристики, які приведені у таблиці 5.1.

Значення М_ех та G_тх обчислюють, як було вказано вище, за формулами 5.5 та 5.6. Дані розрахунків заносять до таблиці 5.3.

Табличні дані приведені до значення частоти обертання 100%. При збільшенні частоти обертання у дизелів спрацьовує регулятор-обмежувач обертів і характеристика практично лінійно падає. При холостому ході (М_е = 0, N_е = 0) частота обертання збільшується на 6...7% від номінальної, годинна витрата палива G_Tпри цьому становить 25...30% від номінальної, а питома витрата палива g_е дорівнює безконечності, тобто, втрачається її фізична суть.

Таблиця 5.1

Параметри відносної швидкісної характеристики автотракторних ДВЗ

Для карбюраторних двигунів
Частота обертання KB n, %
Ефективна потужність N_е, %
Питома витрата палива g_е, %
Для дизелів
Частота обертання KB n, %
Ефективна потужність N_е, %
Питома витрата палива g_е, %						∞

5.3. При використанні аналітичного методу потужність N_х розраховують, задаючись частотою обертання n_х, за емпіричною формулою:

(5.7)

де: N_е– номінальна потужність двигуна, розрахована у розділі 3;

n_nта n_x – номінальна та поточна частоти обертання KB;

А, Б та В – коефіцієнти, які залежать від типу двигуна, вибираються згідно з даними таблиці 5.2.

Питому витрату палива g_ерозраховують за аналогічною емпіричною залежністю [2]:

(5.8)

де: g_е – ефективна питома витрата палива з теплового розрахунку;

Г, Д та Ж – коефіцієнти з таблиці 5.2.

Таблица 5.2

Коефіцієнти апроксимуючого рівняння швидкісної характеристики

Тип двигуна: / Коефіцієнти	А	Б	В	Г	Д	Ж
Карбюраторний				1,2	1,2
Дизель з нерозділеною КЗ	0,87	1,13		1,55	1,55
Дизель з розділеною КЗ	0,65	1,35		1,65	1,65

Дані розрахунків N_е = f(n) та g_e = f(n) заносять до підсумкової таблиці 5.3 і за формулами 5.5 та 5.6 обчислюють значення крутного моменту М_е та годинної витрати палива G_Т.

Таблиця 5.3.

Результати розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

(зразок)

Частота обертання КВ об/хв	Потужність, кВт	Крутний момент Нм	Витрата палива	Циклова подача мм³/цкл
годинна (кг/год)	питома (г/кВтгод)
440.0 880.0 1320.0 1760.0 2200.0 2320.0 Масштаб побудови графіків	12.1 29.1 47.5 61.7 70.9 0.0 μ_N = кВт/мм	261.6 315.4 343.7 334.7 307.8 0.0 μ_М = Нм/мм	3.7 7.3 10.9 13.5 16.3 4.2 μ_G = (кг/год)/мм	310.0 252.6 229.7 218.2 229.7 ∞ μ_g = (г/кВтг)/мм	84.57 82.87 82.00 75.89 73.44 17.32 μ_q = (мм³/цкл)/мм

5.4. Для використання методу теплового розрахунку при побудові зовнішньої швидкісної характеристики необхідно знати залежність багатьох коефіцієнтів, що використовуються у тепловому розрахунку (наповнення циліндрів, показники політроп, коефіцієнт залишкових газів і т.д.), від частоти обертання двигуна. Ці коефіцієнти можуть бути наближено обчислені через емпіричні залежності, що одержують на основі результатів випробувань багатьох однотипних двигунів і які приводяться в довідковий літературі.

Метод більш трудомісткий і може бути рекомендований лише при виконанні обчислень з допомогою ЕОМ, тим паче, що одержані результати не є достовірнішими. Переваги методу – можливість аналізу факторів, що впливають на протікання характеристики, і, в разі необхідності її коректування для покращення властивостей проектованого трактора чи автомобіля, можливість вжити відповідних конструктивних заходів ще на стадії проектування машини. Це дозволяє скоротити терміни впровадження нових машин та зменшити затрати коштів при їх впровадженні.

Програма для перевірки курсового проекту за умови правильного виконання динамічного розрахунку дозволяє обчислити параметри зовнішньої швидкісної характеристики майбутнього двигуна та вивести на екран значення всіх суттєвих параметрів теплового розрахунку для різних частот обертання KB з метою їх аналізу.

Таблицю даних розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики, яка може бути видана студенту, як заохочення за добросовісну роботу, слід доповнити останньою точкою – точкою максимальних обертів холостого ходу двигуна, яку студент повинен розрахувати самостійно, керуючись такими міркуваннями:

Для двигунів, що обладнані обмежувачем частоти обертання KB, або всережимним регулятором, координати точки максимальних обертів будуть:

частота обертання n_maх = (1,06...1,07)·n_nom,

потужність N_е = 0,

годинна витрата палива G_T= (0,25...0,3)·G_THOM.

При відсутності обмежувача частоти обертання (деякі автомобільні карбюраторні двигуни) максимальна частота обертання не є точкою холостого ходу і її параметри мають орієнтовно:

частоту обертання n_max = (1,15...1,25)·n_nom,

потужність N_e= (0,95...0,76)·N_en і

годинну витрату палива G_T = (1,0... 0,9)·G_тном.

5.5. Остання колонка таблиці 5.3 – розрахункова циклова подача палива q_ц паливним насосом високого тиску (ПНВТ), розраховується за формулою:

q_ц= (g_е·N_e·1000)/ (30·n·i·γ_п), мм³/цикл (5.5)

де: n – частота обертання KB, об/хв;

і – число циліндрів;

γ_п – густина палива, кг/дм³.

Для дизельного пального можна приймати γ_п = 0,80...0.85, для бензину – 0,72...0,78.

Розрахункову циклову подачу палива можна вважати вихідними даними для проектування ПНВТ майбутнього двигуна, або даними для регулювання насоса, якщо буде використовуватися готовий насос. Звичайно, ці дані будуть уточнені при випробуваннях двигуна. Загальний вигляд розрахованої і побудованої кривої циклової подачі ПНВТ слід порівняти з експериментальною швидкісною характеристикою ПНВТ, одержаною на лабораторних заняттях лабораторного практикуму по ДВЗ.

Значення циклової подачі при проектуванні карбюраторного двигуна може бути використане для обчислення витрати палива через жиклери карбюратора, підбору параметрів дозуючих систем та побудови характеристики карбюратора.

До таблиці 5.3 слід також занести значення масштабів, прийнятих при побудові графіків (див. зразок).

5.6. Швидкісна характеристика повинна бути побудована на окремому аркуші міліметрового паперу формату А4 з дотриманням масштабів (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Зовнішня швидкісна характеристика двигуна

Рекомендується приймати масштаби потужності μ_N у кВт/мм, крутного моменту μ_M у Нм/мм, годинної витрати палива μ_G у (кг/год)/мм, питомої витрати палива μ_g, у (г/кВтгод)/мм та величини циклової подачі q_Ц у (мм³/цикл)/мм з ряду чисел:

(0.01, 0.02, 0.025, 0.04, 0.05, 0.075)·10ⁿ

де n – ціле число або нуль.

При побудові характеристики розташування початку шкали питомої витрати палива g_е вибирають з умови вільного розташування кривої g_e = f(n) відносно інших графіків. При перевірці слід по запиту ЕОМ ввести значення на шкалі g_е , яке співпадає з віссю абсцис.

Для контролю правильності розрахунків на ЕОМ по запиту слід ввести дані таблиці 5.3, значення масштабів та ординат побудованої характеристики у мм.

Результати розрахунків характеристики у вигляді таблиця 5.3, будуть використані як вихідні дані при розрахунках другої частини курсової роботи.

Розділ 6. Розрахунок систем та механізмів двигуна.

Студентам, які повністю, своєчасно і з задовільною якістю виконали і оформили розрахунки двигуна (розділи 1...5), пропонується додаткове завдання по розрахунку одного з механізмів чи систем для проектованого двигуна. Індивідуальне завдання може запропонувати ЕОМ після перевірки правильності динамічного розрахунку двигуна.

Без виконання індивідуального завдання курсова робота не оцінюється вище, ніж на “добре”. Одержання індивідуального завдання ще не гарантує оцінку “відмінно”.

При відмінній якості виконання індивідуального завдання, захисту першої частини курсової роботи в цілому на “відмінно” і захисту лабораторних робіт лабораторного практикуму, студент може бути звільненим від складання іспиту з дисципліни “Будова, основи теорії і розрахунку автотракторних двигунів”.

Методику розрахунку індивідуальних завдань можна знайти у рекомендованій літературі.

При виконанні індивідуального завдання особливу увагу слід звернути на повне викладення методики розрахунку, самі ж розрахунки вдається виконати не завжди: іноді для їх виконання недостає вихідних даних. В такому разі слід обмежитися детальним аналізом методики. Проектант повинен проявити максимальну самостійність у вирішенні проблем, які виникнуть при виконанні індивідуального завдання.

Перелік індивідуальних завдань.

6.1. Проаналізувати зрівноваженість проектованого двигуна, виявити неврівноважені сили і моменти, оцінити їх вплив на роботу двигуна. Дати обгрунтовані рекомендації що до повного зрівноваження двигуна та запропонувати пристрої і механізми для врівноваження, розрахувати необхідні параметри цих пристроїв чи механізмів, привести необхідні схеми та ескізи.

6.2. За даними динамічного розрахунку побудувати полярну діаграму навантаження на шатунну шийку KB, розрахувати та побудувати діаграму зносу шатунної шийки, визначити місце розташування отвору для підводу масла до шатунного підшипника.

6.3. Для проектованого двигуна спроектувати маховик: визначити необхідний момент інерції, основні розміри, дати ескіз маховика, оцінити нерівномірність ходу двигуна.

6.4. Обґрунтувати та вибрати будову поршня для проектованого двигуна, визначити конструктивні розміри, оцінити міцність та привести креслення поршня згідно з розрахунками.

6.5. Обґрунтувати та вибрати будову компресійних та маслознімальних кілець, призначити їх кількість, матеріал та термообробку, визначити конструктивні розміри компресійних кілець та провести оцінку їх міцності методом перевірочного розрахунку.

6.6. Обґрунтувати розміри, матеріал та термообробку поршневого пальця, провести перевірочний розрахунок його міцності, викреслити епюри деформацій, вказати небезпечні перерізи, призначити посадки та допуски на виготовлення. Дати робоче креслення поршневого пальця.

6.7. Обґрунтувати будову шатуна, призначити матеріал для його виготовлення, означити всі сили, що діють на шатун, провести перевірочний розрахунок міцності шатуна. Дати робоче креслення шатуна.

6.8. Обґрунтувати та вибрати схему газорозподільного механізму для проектованого двигуна, призначити фази газорозподілу. Побудувати діаграми підйому, швидкості і прискорення клапана.

6.9. Обґрунтувати та вибрати схему газорозподільного механізму для проектованого двигуна, призначити фази газорозподілу. Побудувати діаграми підйому та параметра "час-переріз" клапана.

6.10. Обґрунтувати та вибрати схему газорозподільного механізму для проектованого двигуна, призначити фази газорозподілу. Скласти схему розташування кулачків на розподільчому валі та провести розрахунок клапанної пружини.

6.11. Обґрунтувати схему системи мащення для проектованого двигуна і вибрати типи основних агрегатів: масляного насоса, фільтра чи фільтрів, масляного радіатора. Привести детальну схему системи мащення.

6.12. Вибрати схему та обґрунтувати параметри системи рідинного охолодження для проектованого двигуна. Розрахувати параметри насоса, вентилятора, радіатора. Привести повну схему системи охолодження.

6.13. Обґрунтувати та вибрати систему пуску проектованого двигуна, проаналізувати розраховані параметри двигуна на предмет прогнозування пускових властивостей, обчислити потужність пускового пристрою, вибрати механізми і системи для полегшення пуску при низьких температурах.

Література

1.	Автомобильные двигатели./Архангельский В.М., Вихерт М.М., Воинов А.Н. и др.; Под общ, ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977.- 591 с.
2.	Автомобильные и тракторные двигатели: Конструкция и расчет двигателей./Под ред. И.М. Ленина. М.: Высшая школа, 1976. - 280 с.
3.	Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов: Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1976. - 456 с.
4.	Болтинский В.Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. М.: Сельхозиздат, 1962. - 400 с.
5.	Боровский Б.Е., Попов М.Д., Пронштейн М.Я. Справочная книга автомобилиста. Л.: Лениздат, 1967. - 655 с.
6.	Двигатели внутреннего сгорания: Теория рабочих процессов поршневых и комбинированных двигателей./Под ред. А.С. Орлина. М.: Машиностроение, 1988. - 400 с
7.	Иванов В.В. и др. Основы теории автомобиля и трактора. //Иванов В.В., Илларионов В.А., Морин М.М., Мастиков В.А. М.: Высшая школа, 1970. - 224 с.
8.	Колчин А.Н., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1980. - 400с
9.	Краткий автомобильннй справочник НИИАТ. М.: Транспорт, 1988. - 515 с.
10.	Лебедев А.Т., Сандомирский М.Г., Ткаченко Д.И. Теория трактора и автомобиля: Методические указания к курсовой работе "Тяговый расчет трактора и автомобиля". Харьков,: ХИМЭСХ, 1989. - 117 с.
11.	Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Колос, 1984. - 334 с.
12.	411. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 1986. – 352 с.
13.	Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностроение, 1990. - 352с.
14.	Справочник сельского механизатора./Д.И.Канивец, А.М.Лойко, О.В.Макаров и др. Днепропетровск: Проминь, 1977. 239 с.
15.	Тракторы и автомобили: Методические указания по изучению дисциплины. /Сост. В.И.Кноров, Г.А.Затолокин, М.А.Кульчев и др. М.: ВСХИЗО, 1991. - 118 с.
16.	Тракторные дизели: Справочник/ Б.А. Взоров, А.В. Адамович, А.Г. Арабян и др.; Под общ. ред. Б.А. Взорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 535 с.
17.	Чудаков Д.А., Гончаров И.А. Тракторы и автомобили. Теория трактора и автомобиля /Методические указания и задания по курсовой работе. М.: изд.ВСХМЗО, 1974. 102 с.
18.	Чижов А.П., Рыбас Ю.М. Трансмиссии тракторов и автомобилей: Справочное пособие для студентов ф-та механизации с.х. ДСХИ, Днепропетровск, 1971, 87 с.
19.	Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1988. – 256 с.
20.	Шаповалов М.И. Тепловой и динамический расчеты автотракторных двигателей: Методические указания. ДСХИ. Днепропетровск, 1987. - 70с.

Додаток 1. Довідкова інформація

Таблиця 1

Коефіцієнти опору коченню f та зчеплення φ тракторів і автомобілів

Вид опорної поверхні (ґрунтового фону)	Колісні трактори і автомобілі	Гусеничні трактори
f	φ	f	φ
Асфальтоване шосе	0,01…0,02	0,8...0,9	0,03...0,04	0,9...1,1
Суха грунтова дорога	0,03…0,05	0,6...0,8	0,05...0,07	0,7...0,9
Цілина	0,03…0,07	0,7…0,9	0,06...0,08	1,0...1,1
Скошений луг	0,06…0,08	0,6…0,8	0,06...0,08	0,7...0,9
Стерня зернових	0,08…0,10	0,6…0,8	0,06...0,08	0,8...1,0
Переліг (злежана орана земля)	0,08…0,12	0,7…0,9	0,07...0,09	1,0...1,1
Рілля (зоране поле)	0,12…0,16	0,5…0,7	0,09...0,12	0,6...0,8
Осушене болото, торф	0,14…0,16	0,3…0,4	0,11...0,14	0,4...0,6
Грунт, підготовлений під посів	0,16…0,18	0,5…0,6	0,10...0,14	0,6...0,7
Пісок сухий	0,18…0,20	0,3…0,4	0,12...0,15	0,8...1,0

Таблиця 2

Площа лобової поверхні деяких вантажних автомобілів

Марка автомобіля	Площа лобової поверхні, м²	Марка автомобіля	Площа лобової поверхні, м²
1. УАЗ-450, УАЗ-451 2. УАЗ-450Д, (451Д) 3. УАЗ-452Д 4. ГАЗ-53А, ГАЗ-66 5. ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 6. ЗИЛ-133	3,07 3,23 3,12 4,45 4,46 4,65	7. МАЗ-500 8. Урал-377 9. КамАЗ-5320 10. КрАЗ-258 11. Урал-375	5,03 5,07 5,08 5,34 5,60

Таблиця 3

Значення коефіцієнту надлишку повітря для різних типів

автотракторних двигунів

Тип двигуна Коефіцієнт надлишку повітря α
Карбюраторний	0,87...0,95
Дизель з розділеною камерою згоряння	1,25...1,45
Дизель з безпосереднім впорскуванням	1,50...1,65
Дизель з наддувом і безпосереднім впорскуванням	1,55...1,80

Таблиця 4

Характеристика палив для автотракторних двигунів

Вид палива	Вміст у паливі:	Нижча теплота згоряння Q_н, МДж/кг
вуглецю С	водню Н	кисню О
Бензин	0,854	0,142	0,004	43,600
Дизельне пальне	0,857	0,133	0,010	42,500

Таблиця 5

Коротка технічна характеристика автотракторних двигунів

№№	Двигун, марка	Потужність, кВт	Частота обертання об/хв	Діаметр циліндра D_ц, мм	Хід поршня S_п, мм	Число і розташ. циліндрів	Ступінь стиску	Питома витрата палива г/кВт·г
	Д-20	14,7	1800,0	125,0	140,0	1-Р	15,0	279,0 ПД
	Д-21А2	14,7	1600,0	105,0	120,0	2-Р	15,0	258,0 ПД
	Д-21А1	18,4	1800,0	105,0	120,0	2-Р	15,0	248,0 Н
	Д-120	23,5	2000,0	105,0	120,0	2-Р	15,0	238,0 Н
	Д-37М	29,4	1600,0	105,0	120,0	4-Р	16,0	252,0 ПД
	Д-48М	36,8	1500,0	105,0	130,0	4-Р	16,0	272,0 ПД
	Д-50	36,8	1600,0	110,0	125,0	4-Р	16,0	265,0 ПД
	Д-37Е	36,8	1800,0	105,0	120,0	4-Р	16,0	258,0 ПД
	Д-65Н	47,7	1800.0	105,0	130,0	4-Р	17,0	255,0 Н
	ГАЗ-52-04	55,0	2600,0	82,0	110,0	6-Р	6,7	307,0 К
	СМД-14	55,1	1700,0	120,0	140,0	4-Р	14,6	265,0 ПД
	Д-240	56,6	2200,0	110,0	125,0	4-Р	16,0	238,0 Н
	СМД-14Н	58,8	1800,0	120,0	140,0	4-Р	16,5	244,6 Н
	А-41	66,0	1750,0	130,0	140,0	4-Р	16,5	252,0 ПД
	ЗМЗ-2203	69,9	4500,0	92,0	92,0	4-Р	8,2	332,8 К
	Д-240Т	73,6	2200,0	110,0	125,0	4-Р	16,0	244,6 * Н
	Д-108	79,4	1070,0	145,0	205,0	4-Р	14,0	256,0 Н
	Д-160	81,0	2200,0	105,0	120,0	6-Р	16,5	244,6 Н
	ЗМЗ-672	84,6	3200,0	92,0	80,0	8-V	6,7	332,8 К
	ЗМЗ-53	90,0	3200,0	95,0	100,0	8-V	7,8	325,0 К
	СМД-19	92,0	1900,0	120,0	140,0	4-Р	15,0	231,0 * Н
	Д-130	102,9	1070,0	145,0	205,0	4-Р	14,0	244,6 * Н
	Д-260Т	110,0	2200,0	110,0	125,0	6-Р	16,0	238,0 * Н
	СМД-60	117,7	1900,0	130,0	115,0	6-V	15,0	245,0 * Н
	СМД-62	121,4	2100,0	130,0	115,0	6-V	15,0	245,6 * Н
	ЗИЛ-375	132,0	3200,0	108,0	95,0	8-V	6,5	340,0 К
	ЯМЗ-236	132,4	2100,0	130,0	140,0	6-V	15,5	238,0 Н
	Д-180	132,4	1150,0	145,0	205,0	6-V	15,5	244,6 Н
	ЗИЛ-130	135,0	3200,0	100,0	95,0	8-V	7,0	320,0 К
	СМД-72	147,0	2100,0	130,0	115,0	6-V	15,0	244,6 * Н
	КаМАЗ-7401	154,0	2600,0	120,0	120,0	8-V	17,0	237,7 * Н
	8ДВТ-300	159,0	1600,0	150,0	160,0	8-V	15,0	244,6 Н
	ЯМЗ-238НБ	161,8	1700,0	130,0	140,0	8-V	16,5	238,0 Н
	ЯМЗ-238Е	165,3	2300,0	130,0	140,0	8-V	16,5	237,7 Н
	ЯМЗ-238А	176,5	2100,0	130,0	140,0	8-V	16,5	238,0 *
	ЯМЗ-240Б	213,0	1900,0	130,0	140,0	12-V	16,0	235,0 Н
	В-306	220,7	1500,0	150,0	180,0	12-V	15,0	231,0 *
	ЗИЛ-117	220,8	4400,0	108,0	95,0	6-V	9,5	332,8 К
	ЯМЗ-240	264,8	2100,0	130,0	140,0	12-V	16,5	238,0 Н
	СМД-83	268,0	2100,0	130,0	115,0	8-V	15,0	231,0 **
	А-85Т	335,0	1800,0	150,0	160,0	8-V	15,0	231,0 * Н
	ЯМЗ-240Н	382,5	2100,0	130,0	140,0	12-V	16,5	231,0 * Н
	Д-12-525	386,1	2000,0	150,0	180,0	12-V	15,0	238,0 Н
	12ДВТ-600	441,0	2000,0	150,0	160,0	12-V	17,0	244,6 * Н
	А-90Т	442,0	1900,0	165,0	160,0	8-V	15,0	231,0 * Н

Примітки: * – двигун має турбонаддув; ** – двигун з турбонаддувом та проміжним охолодженням повітря; К – карбюраторний; ПД – передкамерний дизель (з розділеною камерою згоряння); Н – з безпосереднім впорскуванням (з нерозділеною камерою згоряння).

Таблиця 6

Маса окремих елементів КШМ, віднесена до одиниці площі поршня

Елементи кривошипно-шатунного механізму	Конструктивні маси, кг/м²
Карбюрат. двиг. D = 60...120 мм	Дизелі D = 80...140 мм
Поршнева група (m_п):
поршень з алюмінієвого сплаву	80...150	150...300
чавунний поршень	150...250	250...400
Шатун (m_ш)	100…200	250…400
Неврівноважені частини одного коліна КВ без противаг (m_к):
стальний кований вал з суцільними шийками	150...200	200...400
чавунний литий вал з пустотілими шийками	100...200	130...300

Таблиця 7

Параметри зовнішніх швидкісних характеристик автотракторних двигунів *

	n, об/хв	N_е, кВт	G_т, кг/год		n, об/хв	N_е, кВт	G_т, кг/год
Д-120		14,6 16,6 18,1 20,7 23,5 0,0	3,0 3,9 4,2 4,9 5,6 1,2	Д-144		35,7 37,0 41,1 42,0 46,0 0,0	12,5 13,5 14,0 14,8 15,4 2,0
Д-240		40,4 44,1 48,5 52,2 55,9 0,0	12,8 13,0 13,2 13,6 14,0 3,5	Д-240Т		52,2 57,0 63,0 68,0 73,5 0,0	16,4 16,9 17,1 17,6 18,2 4,0
СМД-14		41,2 44,1 46,9 49,4 51,9 53,7 55,1 0,0	12,0 12,5 13,1 13,8 14,2 15,0 15,1 3,2	А-41		49,3 54,2 57,4 60,1 62,5 64,2 66,2 0,0	14,0 15,1 15,8 16,1 16,3 16,4 16,5 4,5
А-01		63,8 70,6 74,9 78,0 80,3 81,6 0,0	17,0 18,0 18,7 19,3 19,2 20,0 5,1	Д-108		46,5 56,1 63,8 70,8 77,9 79,4 0,0	11,6 13,2 15,0 16,5 18,0 18,3 4,5

Продовження таблиці 7

	n, об/хв	N_е, кВт	G_т, кг/год		n, об/хв	N_е, кВт	G_т, кг/год
СМД-60		96,6 106,6 112,5 116,2 0,0	24,6 26,8 27,5 28,0 6,0	СМД-62		99,3 110,3 116,2 119,1 121,3 0,0	26,0 27,0 28,8 29,4 29,8 7,5
ЯМЗ-740		66,2 95,6 121,3 141,2 154,4 0,0	15,0 21,8 27,2 32,0 36,4 9,6	ЯМЗ-240		160,0 175,0 190,0 205,0 220,0 0,0	46,5 48,0 49,0 50,0 53,0 11,5
Д-160		70,0 80,0 94,0 102,0 110,0 117,5 0,0	16,5 19,0 21,0 23,5 25,3 27,0 6,5	ЯМЗ-236		55,9 73,5 90,4 106,1 115,4 127,2 132,4 0,0	14,2 18,0 21,8 24,8 27,5 31,0 32,7 6,5
ЯМЗ-238		121,0 133,0 144,0 156,0 168,0 176,0 0,0	26,2 28,0 31,0 34,3 37,8 40,7 11,0	ЯМЗ-238НБ		102,9 111,8 125,0 132,4 136,0 140,4 154,4 0,0	24,0 26,0 28,0 30,0 31,0 33,0 36,0 8,0
ЗМЗ-53		27,0 40,5 52,9 65,4 75,3 83,1 84,6 0,0	9,5 14,2 18,0 21,4 24,5 27,0 28,3 4,0	ЗИЛ-130		22,1 29,4 40,4 62,5 83,1 99,3 110,0 0,0	8,7 11,0 14,0 20,8 27,7 34,2 41,2 3,5
ГАЗ-52		20,0 30,0 40,0 48,0 55,0 0,0	6,6 9,3 12,4 15,3 18,0 2,5	ЗИЛ-375		31,2 45,4 60,9 75,4 86,7 129,0 0,0	17,5 27,2 31,0 35,4 39,5 45,0 4,5
ЗМЗ-451		16,2 23,5 30,9 38,2 44,1	5,5 7,7 10,0 12,2 14,1	ЗМЗ-451 (прожовження)		48,2 50,7 51,5 51,5	15,7 16,9 17,5 17,8

Додаток 2. Вимоги до оформлення курсової роботи

Зразок оформлення титульної сторінки:

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Кафедра "Трактори і автомобілі"

Розрахунок автомобільного (тракторного) двигуна розрахунково-пояснювальна записка до розрахункової роботи з дисципліни "Енергетичні засоби АПК", частина 1 Виконав студент гр. М-З-2003 ____________ Перевірив (посада) ____________

ДНІПРОПЕТРОВСЬК 2009

Всі сторінки повинні мати рамки та кутові штампи. Нумерація починається з титульної сторінки (на якій номер не ставиться!). Після титульної сторінки повинен бути вклеєним оригінал завдання на курсову роботу. Далі повинні бути розділи:

Вступ

1. Розрахунок потужності двигуна для проектованої машини

2. Тепловий розрахунок двигуна

3. Визначення основних показників двигуна

4. Динамічний розрахунок двигуна

5. Розрахунок швидкісної характеристики двигуна

6. Розрахунок однієї з систем чи одного з механізмів двигуна

Висновки

Список літератури

Кожен розділ починається з нової сторінки. В кінці розділу повинен бути наведеним короткий висновок. В кінці курсової роботи оформляються висновки, де дається аналіз проведених розрахунків по всіх розділах курсової роботи.

Список використаної літератури – обов'язковий, в тексті повинні бути посилання на літературу, оформлені у вигляді номера, який стоїть у квадратних дужках. Наприклад: [3]. Номер у квадратних дужках повинен відповідати номеру джерела інформації у списку літератури.

Зміст курсової роботи повинен оформлятися, якщо кількість сторінок перевищує 40. Зміст може бути на початку роботи (наступна сторінка після завдання), або в самому кінці роботи – після списку літератури.

Основні вимоги до виконання графіків та діаграм.

1. Осі координат повинні мати шкали і закінчуватися стрілками, спрямованими у сторону збільшення значення величин.

2. На графіках, що зображують декілька функцій, допускається у якості шкал використовувати крайні лінії координатної сітки та шкали, розташовані паралельно координатній осі.

3. Поряд з поділками шкал повинні бути нанесені числа – значення величин; їх кількість вибирається з умов зручності користування діаграмою.

4. Точки діаграм, одержані вимірюванням чи розрахунком, позначають графічно: кружечком, хрестиком, трикутничком і т. ін., та роз'ясняють у пояснювальній частині діаграми.

5. Змінні величини позначають символом, математичним виразом чи назвою біля середини шкали з її зовнішньої сторони, а при об'єднанні символу з позначенням розмірності шкали – у вигляді дробу (або через кому) в кінці шкали.

Додаток 3. Послідовність виконання та оформлення курсової роботи

ВИХІДНІ ДАНІ ЗГІДНО З ЗАВДАННЯМ

- Тип трактора чи автомобіля, колісна формула.

- Номінальна сила тяги чи вантажопідйомність.

- Номінальна швидкість руху.

- Число передач.

- Характеристика опорної поверхні.

- Схил дороги (для автомобіля).

- Максимальний динамічний фактор (для автомобіля).

- Коефіцієнт навантаження (для автомобіля).

ВСТУП

Значення ДВЗ в автомобіле- та тракторобудуванні. Актуальність вивчення будови та теорії автотракторних двигунів.

РОЗДІЛ І. РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ДВИГУНА

а) - тракторного:

б) - автомобільного:

приймаємо: коефіцієнт використання зчіпної ваги; коефіцієнт навантаження на рушій; коефіцієнт можливого перевантаження; коефіцієнт завантаження двигуна; будуємо кінематичну схему трансмісії; обчислюємо: ККД трансмісії; масу трактора (кг); потужність двигуна (кВт).

приймаємо: коефіцієнт вантажопідйомності; кількість місць у кабіні; площу лобової поверхні (м²); коефіцієнт обтічності; коефіцієнт опору кочення; будуємо кінематичну схему трансмісії; обчислюємо: ККД трансмісії; масу автомобіля (кг); силу опору повітря (Н); силу опору дороги (Н); потужність двигуна (кВт).

Перевіряємо правильність визначення потужності двигуна на ЕОМ.

Вибираємо прототип двигуна і записуємо дані вибраного прототипу:

- Марка двигуна.

- Номінальна потужність (кВт).

- Частота обертання (об/хв).

- Діаметр циліндра (мм).

- Хід поршня (мм).

- Число та розташування циліндрів.

- Ступінь стиску.

- Питома витрата палива (г/кВтгод).

Призначаємо вихідні дані для розрахунку двигуна:

- Тип двигуна, тактність, число і розташування циліндрів.

- Ступінь стиску.

- Номінальна частота обертання валу (об/хв).

- Номінальна потужність (кВт).

- Вид палива, його склад, теплота згоряння, молекулярна маса.

- Коефіцієнт надлишку повітря.

- Параметри навколишнього середовища.

РОЗДІЛ 2. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ДВИГУНА

Процес впуску

приймаємо:

ступінь підвищення тиску на впуску;

показник політропи компрессора;

обчислюємо:

Тиск на впуску (МПа).

Температура на впуску (К).

Густина повітря на впуску (кг/м³).

приймаємо:

тиск відпрацьованих газів (МПа);

температура ВГ (К);

втрати тиску на впуску (МПа);

підігрів заряду на впуску (К);

обчислюємо:

Тиск в кінці впуску (МПа).

Температура в кінці впуску (К).

Коефіцієнт залишкових газів.

Коефіцієнт наповнення циліндра.

Процес стиску

обчислюємо:

Показник політропи стиску.

Тиск в кінці стиску (МПа).

Температуру в кінці стиску (К).

Процес згоряння.

обчислюємо:

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни.

приймаємо:

коефіцієнт використання тепла;

ступінь підвищення тиску (дизелі);

обчислюємо:

Теплоємність в кінці стиску (кДж/(кмольград)).

Теплоємність в кінці згоряння (кДж/(кмольград)).

Втрати тепла від неповноти згоряння (кДж/кг)

Температура в кінці згоряння (К).

Тиск в кінці згоряння (мПа).

Ступінь підвищення тиску (карбюраторні ДВЗ)

Процес розширення.

обчислюємо:

Ступінь попереднього розширення (дизелі).

Ступінь остаточного розширення (дизелі).

Показник політропи розширення.

Тиск в кінці розширення (МПа).

Температуру в кінці розширення (К).

Процес випуску.

обчислюємо:

Розрахункову температуру в кінці випуску (К).

Відхилення розрахункової температури від прийнятої.

Перевіряємо правильність теплового розрахунку робочого процесу на ЕОМ.

будуємо

індикаторну діаграму в координатах p-V.

РОЗДІЛ 3. РОЗРАХУНОК РОЗМІРІВ І ПОКАЗНИКІВ ДВИГУНА

приймаємо:

коефіцієнт повноти індикаторної діаграми;

обчислюємо:

Середній індикаторний тиск (МПа).

Індикаторний ККД.

Індикаторна питома витрата палива (г/кВтгод).

приймаємо:

швидкість поршня (м/с);

обчислюємо:

Тиск механічних втрат (МПа).

Середній ефективний тиск (МПа).

Механічний ККД.

Ефективний ККД.

Ефективну питому витрату палива (г/кВтгод).

Необхідні розміри двигуна.

приймаємо:

креслярські розміри циліндра;

обчислюємо:

Розрахункові розміри двигуна.

Розрахункова потужність.

Ефективний крутний момент.

Годинна витрата палива.

Питомі показники.

Перевіряємо правильність розрахунку показників двигуна на ЕОМ.

РОЗДІЛ 4. ДИНАМІЧНЙ РОЗРАХУНОК КШМ ДВИГУНА

будуємо

розгорнуту індикаторну діаграми (в координатах р-α).

приймаємо:

питому масу поршня (кг/м²);

питому масу шатуна (кг/м²);

питому масу коліна KB (кг/м²);

обчислюємо:

Сили інерції мас, що здійснюють зворотно-поступальний рух.

Рушійну (сумарну) сили.

Бокову силу.

Тангенціальну силу.

приймаємо:

кут розвалу циліндрів;

кут між шийками (колінами) KB;

порядок роботи двигуна.

будуємо

таблицю порядку роботи циліндрів.

обчислюємо та будуємо:

Сили та діаграму сил, що діють у КШМ.

Сумарні для всіх циліндрів сил та їх діаграми.

Сумарні тангенціальні сили пари циліндрів та їх діаграми (для V-подібного двигуна з нерівномірним здійсненням робочих ходів!)

Сумарні тангенціальні сили всіх циліндрів та їх діаграми.

Крутний момент двигуна і його діаграму.

РОЗДІЛ 5. РОЗРАХУНОК ШВИДКІСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Розрахунок і побудова швидкісної характеристики виконується згідно вибраної проектантом методики. Характеристика повинна бути визначена для всіх режимів роботи двигуна з поясненням особливостей протікання кривих потужності, крутного моменту, витрати палива.

РОЗДІЛ 6. РОЗРАХУНОК МЕХАНІЗМУ ЧИ СИСТЕМИ ДВИГУНА

Виконується по індивідуальному завданню після вивчення відповідного розділу підручника. Оформляється разом з першими розділами. Ескізи та креслення зшиваються в пояснювальну записку. Основна вимога до розділу – якомога повніше висвітлення питання у реферативному викладенні матеріалу, аналіз та розрахунки елементів чи систем проектованого двигуна з використанням даних теплового та динамічного розрахунків.

Додаток 4. Додаткові завдання

Додаткові запитання та завдання, які Програма може давати студенту в деяких випадках при перевірці розділів курсової роботи, виконуються з регламентацією часу (вказано у секундах після кожного завдання), а тому повинні бути заздалегідь опрацьовані студентом. Для виконання завдань під рукою необхідно мати чернетку з розрахунками, калькулятор та методичні вказівки. Текст запитань наведено на російській мові, так, як вони будуть виводитися на екран ЕОМ.

Додаткові завдання до розділу 1.

1. Для Вашего трактора (автомобиля) определите допустимый коэффициент использования сцепного веса по условию предельного буксования при движении по грунтовой дороге (или в других условиях).

(Таблица 1.1. 60 секунд.)

2. Для Вашего трактора (автомобиля) определите коэффициент сопротивления качению при движении в заданных условиях.

(Т. 1.1. 60 с.)

3. Для проектируемой Вами машины определить силу сопротивления качению при движении в заданных условиях.

(Формулы 1.4, 1.17. 120 с.)

4. Для проектируемой Вами машины определить силу сопротивления горизонтального участка дороги при движении в заданных условиях.

(Ф. 1.17, 1.18. 120 с.)

5. Собственная масса пустого автомобиля грузоподъемностью 3000 кг составляет 2500 кг. Определить коэффициент грузоподъемности автомобиля.

(Ф. 1.13. 60 с.)

6. Во сколько раз увеличится мощность на преодоление сопротивления воздуха, если скорость Вашего автомобиля увеличилась на 20%.

(Ф. 1.5. 60 с.)

7. Рядом с Вашим автомобилем с той же скоростью движется автомобиль, площадь лобовой поверхности которого равна площади лобовой поверхности Вашего автомобиля, а коэффициент обтекаемости на 20% лучше (хуже). Во сколько раз отличаются сопротивления воздуху у этих машин?

(Ф. 1.5, 1.15. 60 с.)

8. При постановке обтекателя на Ваш автомобиль коэффициент обтекаемости уменьшился на 15%. Определите новое значение сопротивления воздуха Вашего автомобиля.

(Ф. 1.15. 120 с.)

9. Ваш автомобиль начал преодолевать подъем в 7 градусов.

а). Определите значение коэффициента сопротивления дороги.

б). Во сколько раз увеличилась сила сопротивления дороги по сравнению с заданием.

(Ф. 1.18. а. - 120 с. и б. - 180 с.)

10. В исходные данные для теплового расчета ввести температуру Т_о, если по заданию двигатель должен работать в жарком климате при температуре 40˚С.

(20 с.)

11. Определите крюковую мощность Вашего трактора.

(Ф. 1.8. 120 с.)

12. Определите коэффициент избытка воздуха для двигателя с вихревой камерой сгорания.

(Т. 1.3. 3О с.)

13. Для кинематической схемы проектируемой Вами машины укажите количество передач по узлам трансмиссии и их КПД.

(180 с.)

Додаткові завдання до розділу 2.

1. В Вашем двигателе вследствие засорения воздухоочистителя потери давления на впуске увеличились в 1.25 раза. Определите новое значение давления в конце впуска.

(Ф. 2.4. 60 с.)

2. Вследствие нарушения смазки и увеличения потерь степень повышения давления в турбокомпрессоре уменьшилась на 15%.

а). Определите новое значение давления на впуске.

б). Определите новое значение температуры на впуске, если показатель политропы ТК не изменился.

(Ф. 2.1. а. - 60 с. б. - 120 с.)