РозрахунковО-графічна робота №1

ТЕМА: ВИВЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ДВИГУНІВ

Мета роботи: засвоїти методику визначення показників роботи двигуна на різних режимах за його характеристиками.

Час: 4 год (2 заняття).

ЗАВДАННЯ. Розрахувати основні показники для побудови швидкісної та регуляторної характеристики двигуна. Побудувати графіки швидкісної та регуляторної характеристики двигуна, а також залежність питомої витрати палива від завантаження двигуна.

Хід роботи. Основні показники, що визначають роботу двигунів внутрішнього згоряння - (ефективна потужність, крутний момент, частота обертання колінчастого вала, годинна та питома витрати палива) в процесі роботи двигуна непостійні і змінюються в широких межах.

У цій роботі розглянуто характер зміни показників роботи заданого викладачем двигуна на номінальному і холостому режимах та в режимі перевантаження.

Будуємо швидкісну характеристику двигуна. В прямокутній системі координат по оcі абсцис відкладаємо частоту обертання колінчастого вала двигуна п (хв^-1), а по осі ординат – ефективну потужність двигуна N_е (кВт), крутний момент М_е (кН м), годинну витрату палива G_п (кг/год) та питому витрату палива g_е (г/кВт год.).

Ефективну потужність двигуна визначають за формулою, кВт

(1.1)

де — крутний момент, кН·м;

n — частота обертання, c^-1.

Якщо для визначення частоти обертів взяти показник хв^-1, то формула (1.1) матиме вигляд

(1.2)

де n — частота обертання, хв^-1.

Економічність роботи двигуна оцінюють витратою палива на одиницю ефективної потужності,

(1.3)

За побудованим графіком швидкісної характеристики двигуна (рис. 1.1) визначають параметри режимів та заносять їх в табл. 1.1.

Рис. 1.1. Швидкісна характеристика двигуна Д-65Н

Підраховують значення коефіцієнтів пристосованості К_м та зниження частоти обертів колінчастого вала двигуна К_п в зоні перевантаження:

(1.4)

де — максимальний крутний момент, кН·м;

— номінальний крутний момент, кН·м.

(1.5)

де — частота обертів вала двигуна при максимальному крутному моменті, хв^-1;

— номінальна частота обертів вала двигуна, хв^-1.

Таблиця 1.1

Показники роботи двигуна на трьох характерних режимах

Режим роботи двигуна	Показник	Значення показника	Одиниця виміру
1	2	3	4
Номінальний	Максимальна ефективна потужність, Крутний момент, Частота обертів, пн Витрата палива, Gпн Питома витрата палива, gен		кВт кН·м хв-1 кг/год. г/кВт год
Холостого ходу	Витрата палива, Gпx Частота обертів, пх		кг/год. хв-1
Максимального крутного моменту	Крутний момент, Частота обертів, пме макс Ефективна потужність, Витрата палива, Питома витрата палива,		кН·м хв-1 кВт кг/год г/кВт·год

Коефіцієнти і характеризують пристосованість двигуна до подолання короткочасних перевантажень без переключення передач. Для двигунів сільськогосподарських тракторів рекомендовані значення знаходяться в наступних діапазонах =1,05...1,20 і =0,5...0,8. Порівняти, наскільки розрахункові значення коефіцієнтів та відповідають наявним для двигунів сільськогосподарських тракторів.

Дослідження експлуатаційних властивостей двигуна. Завантаження двигуна за використанням номінальних значень потужності, крутного моменту та годинної витрати палива.

В зв'язку з нестабільним характером навантаження, що діє на трактор, його двигун неможливо повністю завантажити. За нормальних умов роботи агрегату коефіцієнт варіації зовнішнього навантаження змінюється в межах 10...16%. Важкі умови роботи (ущільнений грунт, післяжнивні рештки на полі) підвищують його до 30%. Тому визначають завантаження двигуна при різних коефіцієнтах варіації зовнішнього навантаження.

Середнє значення крутного моменту

(1.6)

де - максимальне значення крутного моменту;

- середнє квадратичне відхилення середнього значення крутного моменту;

- коефіцієнт, що характеризує щільність розподілу навантаження, приймаємо .

Тоді коефіцієнт використання крутного моменту буде дорівнювати:

(1.7)

де — коефіцієнт варіації навантаження, приймаємо

Визначаємо коефіцієнт допустимого навантаження двигуна за крутним моментом з врахуванням нестабільного навантаження:

(1.8)

Будуємо регуляторну характеристику двигуна в прямокутній системі координат (рис. 1.2). По осі абсцис відкладають потужність двигуна (кВт), по осі ординат - частоту обертів колінчастого вала двигуна п (хв^-1), крутний момент (кН·м), годинну витрату палива G_п (кг/год.) та питому витрату палива (г/кВт·год).

Рис. 1.2. Регуляторна характеристика двигуна Д-65Н

Порівнюють на 2...4 режимах навантаження двигуна, знайдене трьома способами, використовуючи для цього регуляторну характеристику:

за потужністю

(1.9)

де — коефіцієнт навантаження двигуна за потужністю;

— потужність двигуна в даних умовах, кВт;

— номінальна потужність двигуна, кВт;

за крутним моментом

(1.10)

де — коефіцієнт навантаження двигуна за крутним моментам;

— крутний момент в даних умовах, кН·м;

— номінальний крутний момент, кН·м;

за годинною витратою палива

(1.11)

де - коефіцієнт навантаження двигуна за витратою палива;

- витрата палива в даних умовах, кг/год;

- номінальна витрата палива, кг/год.

Для оцінки паливної економічності двигуна визначаємо залежність питомої витрати палива від навантаження двигуна. Для цього за даними регуляторної характеристики складаємо табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Залежність питомої витрати палива від навантаження двигуна

Завантаження двигуна		Витрата палива
, кВт		,г/кВт год.
0,2	0,2
0,4	0,4
0,6	0,6
0,8	0,8
0,9	0,9
1,0	1,0

Дані в графі 1 визначають множенням номінальної потужності двигуна на 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9 і 1,0. Для кожної одержаної потужності графи 1 визначають питому витрату палива за регуляторною характеристикою двигуна і записують у графу 3. Приймають за 100% питому витрату палива при і визначають її при всіх та записують у графу 4.

На підставі даних табл. 1.2 будуємо графік зміни питомої витрати палива в залежності від завантаження двигуна (рис. 1.3).

Приклад. Вивчити характер зміни показників роботи двигуна Д-65Н на номінальному і холостому режимах та в режимах перевантаження.

За даними п (хв^-1), (кН·м) і Gп (кг/год) (табл. 1.3) будуємо залежність = f (п) і = f (п) швидкісної характеристики (рис. 1.1), а потім на основі побудованих залежностей за формулами (1.2) і (1.3) підраховуємо (кВт) і (г/кВт год) і будують = f (п) і = f (п).

За даними табл. 1.3 будуємо регуляторну характеристику (рис. 1.2) , =f ( ), = f ( ), а потім на основі залежності =f ( ), підраховуємо за формулою (1.3) і будуємо залежність = f ( ).

Таблиця 1.3

Дані для побудови характеристик двигуна

Показник та одиниця виміру	Значення показника
п, хв-1	1870	1840	1800	1750	1600	1450	1300	1150
, кН·м	0	0,058	0,157	0,242	0,260	0,269	0,270	0,265
, кг/год	3,2	5,4	8,5	11,2	10,8	10,2	9,5	8,5
, кВт	0	11,2	29,67	44,38	43,69	40,95	36,85	31,99
, г/кВт·год		482	287	252	247	249	258	265

Визначаємо показники роботи двигуна на трьох режимах (табл. 1.4).

Коефіцієнт пристосованості:

Коефіцієнт зниження частоти обертів вала:

Таблиця 1.4

Показники роботи двигуна на трьох режимах

Режим роботи двигуна	Показник	Значення показника	Одиниця виміру
1	2	3	4
Номінальний	Максимальна ефективна потужність, Крутний момент,Мен Частота обертів, пн Витрата палива,Gпн Питома витрата палива, gен	44,38 0,242 1750 11,2 252	кВт кН·м хв-1 кг/год г/кВт·год
Холостого ходу	Витрата палива,Gпн Частота обертів, пн	3,2 1870	кг/год хв-1
Максимального крутного моменту	Крутний момент, Частота обертів, Ефективна потужність, Витрата палива, Питома витрата палива,	0,270 1300 36,79 9,5 255	кН·м хв-1 кВт кг/год г/кВт·год

Коефіцієнт допустимого завантаження двигуна за крутним моментом:

Приймаємо завантаження двигуна за потужністю:

_при

_при

Визначаємо завантаження двигуна за крутним моментом та годинною витратою палива на двох режимах за регуляторною характеристикою:

Розрахунки показують, що при використанні потужності на 0,9 ступінь завантаження двигуна можна визначити за крутним моментом або годинною витратою палива. При використанні потужності на 0,5 ступінь завантаження двигуна можна також визначити за крутним моментом (різниця між і дорівнює 0,02), а за годинною витратою палива її визначати недоцільно, оскільки є значна похибка (різниця між і дорівнює 0,16).

Визначаємо залежність питомої витрати палива від завантаження двигуна за даними регуляторної характеристики (табл. 1.5), а результати зображують на рис. 1.3.

Характер зміни витрати палива свідчить про те, що економічність двигуна буде найкраща, коли він завантажений в межах 0,6...1,0. Проте Коефіцієнт варіації зовнішнього навантаження значно впливає на завантаження двигуна. Так, при збільшенні його до 0,3 двигун Д-65Н можна завантажити всього на 0,7.

Для зменшення коефіцієнта варіації зовнішнього навантаження Необхідно вирівнювати поля, застосовувати комплексні агрегати, удосконалювати з'єднання тракторів з машинами, використовувати автоматичне регулювання режимів роботи двигуна.

Рис. 1.3. Залежність питомої витрати палива від завантаження двигуна

Таблиця 1.5

Залежність питомої витрати палива від завантаження двигуна

Завантаження двигуна		Витрата палива
, кВт		, г/кВт год.
0,2	0,2	450	178
0,4	0,4	342	135
0,6	0,6	295	117
0,8	0,8	270	107
0,9	0,9	263	104
1,0	1,0	252	100

Зміст звіту

У звіті подати для заданого варіанта швидкісну і регуляторну характеристику та характер зміни показників роботи двигуна в номінальному і холостому режимах та в режимі перевантаження.

Дослідити експлуатаційні властивості двигуна при нестабільному характері завантаження, що діють на трактор та його двигун, та визначити залежність питомої витрати палива від завантаження двигуна.