книги из ГПНТБ / Взоров, Б. А. Форсирование тракторных двигателей

гасителей крутильных колебаний в муфте сцепления и подбора амортизаторов подвески двигателя. Необходимость введения в

конструкцию уравновешивающего механизма определяется ве­ личинами моментов сил инерции 1 и 2-го порядков, зависящими от диаметра цилиндра и частоты вращения.

Среднее эффективное давление. Среднее эффективное дав­ ление ре тракторных двигателей, работающих без наддува, за

Применение наддува позволило повысить среднее эффектив­ ное давление, и уже в 1949 г. у двигателей США оно составляло в среднем 6,6 кгс/см2, а в 1970 г. — 9,2 кгс/см2. При этом отдельные модели, в которых применено охлаждение воздуха после компрессора, имеют д,,= П-У-12 кгс/см2 («Катерпиллер», «Аллпс-Чалмерс», «11нтерпейшнл»).

Существенно изменился взгляд иа применение наддува. Если прежде он применялся лишь как средство форсирования базо­ вой модели, то теперь созданы базовые модели, работающие только с наддувом. Так, например, из всех моделей фирмы Катерпиллер только одна не имеет наддува. Это объясняется тем, что наддув является не только средством форсирования двигателя, но и способом, позволяющим улучшить экономич­ ность в области больших нагрузок, расширить диапазон эко­ номичной работы и снизить «жесткость», т. е. нарастание дав­ ления при сгорании, приходящееся на 1° поворота коленчатого вала. В СССР началом применения наддува в тракторных дви­ гателях можно считать 1965 г. В то время среднее эффектив­

с1970 г., показано в предположении сохранения прежнего темпа роста ре двигателей США и реально возможного роста ре дви­ гателей СССР.

Тракторные дизели с воздушным охлаждением имеют на 10—15% меньшие средние эффективные давления в сравнении

сдизелями жидкостного охлаждения. Это особенно заметно по мере увеличения диаметра цилиндра и может быть объяснено трудностью организации охлаждения головки, обеспечивающего допустимую температуру перемычки между клапанами и прием­ лемую неравномерность температурного поля, а также слож­ ностью герметизации газового стыка.

Диаметр цилиндра и ход поршня. Современные тракторные

двигатели имеют цилиндры, диаметры которых находятся в диапазоне 75—159 мм, что объясняется широкой гаммой мощ­ ностей, необходимых для тракторов всех классов тяги от 0,2 до 35 тс. Однако весь указанный диапазон диаметров цилиндров

10

соответствует только двигателям, имеющим жидкостное охлаж­ дение. Для двигателей с воздушным охлаждением, находя­ щихся на производстве, максимальный диаметр цилиндра равен 120 мм, и только опытные образцы имеют больший диаметр. В СССР тракторные дизели имеют диаметры цилиндров 105—

150 мм.

Исходя из конструкций существующих тракторных дизелей, можно сделать ориентировочные обобщения. Мощность дизеля

может быть сохранен диаметр цилиндра 130 мм, но число цилиндров при этом должно быть увеличено до восьми-двенадцати. Повышение мощности свыше 300 л. с. не позволяет сохранить указанный диаметр цилиндра без увеличения числа цилиндров свыше двенадцати, что представляется менее рациональным, чем увеличение диаметра цилиндра, например, до 150 мм. Од­ нако это влечет за собой необходимость уменьшения частоты вращения .до 1800—1900 об/мин, и для получения высокой лит­ ровой мощности требуется увеличение среднего эффективного давления. Приведенные выше ориентировочные величины могут изменяться в зависимости от конструктивной схемы, степени уравновешенности, конструкции деталей, числа клапанов, при­ меняемых материалов и пр.

За последние годы наблюдается тенденция к уменьшению отношения хода поршня к диаметру цилиндра. Главные преиму­ щества при уменьшении отношения S/D: возможность получения более жесткой конструкции двигателя, особенно коленчатого вала; уменьшение массы и габарита (только V-образных моде­ лей) и средней скорости поршня. Вместе с тем чем меньше значение S/D, тем труднее организовать рабочий процесс с теми же показателями, что и при большом отношении S/D, и тем жестче требования к производству некоторых деталей. Вслед­ ствие этого большинство тракторных дизелей имело отношение

11

S/Z) = 1,14-1,2. Наличие некоторых моделей с S/D<. 1 не харак­ терно. Такие двигатели целесообразны при V-образной схеме, повышенной жесткости корпусных деталей и коленчатого вала, строго ограниченных удельных показателях по массе, относи­ тельно малых габаритах. Таким образом, рациональное зна­

дящиеся на производстве, и созданы новые высокооборотные двигатели.

Относительно низкая частота вращения тракторных дизелей

СССР в 1970 г. объясняется тем, что наряду с новыми и модер­ низированными моделями, имеющими частоты вращения 1800— 2200 об/мин, на производстве находятся еще старые двигатели, частота вращения которых равна 1070—1300 об/мин. Снятие с производства устаревших моделей, которое будет осущест­ влено до 1975 г., и дальнейшее форсирование новых моделей резко повысит среднюю частоту вращения, что и отражено на рис. 3.

В зависимости от конструктивной схемы двигателя, числа цилиндров и отношения хода поршня к диаметру цилиндра частота вращения двигателя отличается от приведенной средней величины. Так, для двигателей с диаметром цилиндров до 105 мм и с числом цилиндров 4—6 примерная частота вращения равна 2600—3200 об/мин; для двигателей с диаметром цилиндра до 130 мм и числом цилиндров 6—8 2300—2500 об/мин; для двигателей с диаметром цилиндров 130—150 мм и с числом цилиндров 8—12 1900—2000 об/мин.

Повышение частоты вращения повлекло за собой и увели­ чение средней скорости ст поршня, несмотря на некоторое уменьшение отношения S/D. Современные двигатели имеют ст =

12

= 9-1-10 м/с. При дальнейшем увеличении частоты вращения п, очевидно, возрастет и ст.

Удельная металлоемкость. Для оценки двигателя по коли­ честву металла, заложенного в его конструкцию, пользуются удельной металлоемкостью, т. е. отношением общей массы дви­ гателя к рабочему объему, выраженному в литрах, или к мощ­ ности, выраженной в лошадиных силах. В первом случае полу­ чается литровая масса, а во втором — удельная масса. Эти обе величины приводят в числе других оценочных параметров дви­ гателя. Однако более характерным показателем при оценке форсирования следует считать удельную массу. Справедливость этого проявляется при форсировании двигателя любым из су­ ществующих способов, так как при этом литровая масса остается неизменной, а потому и не отражает нового качества модели — меньшую удельную металлоемкость. Удельная масса при фор­ сировании существующих моделей или же создании новой с более высокой литровой мощностью (при неизменном рабочем объеме) полностью отражает получаемую экономию металла. Кроме того, литровая масса представляет величину, отнесенную

масса является конкретной величиной, показывающей, сколько металла заложено в двигатель на каждую лошадиную силу.

Рассмотрение удельной массы тракторных двигателей пока­ зывает, что с увеличением числа цилиндров удельная масса уменьшается от 7,5 кг/л. с. у трехцилиндровых двигателей до 4,0 кг/л. с. у двенадцатицилиндровых. Приведенные цифры от­ носятся к двигателям без наддува, применение которого снижает удельную массу примерно на 25—30%, т. е. обратно пропор­ ционально увеличению мощности.

Форсирование тракторных двигателей повышением частоты вращения, применением наддува или комбинированным мето­ дом, а также применение легированных сталей, наиболее ра­ циональных конструкций деталей и совершенствование техноло­ гии литья корпусных деталей позволило значительно снизить удельную массу тракторных дизелей, приблизив ее к удельной массе карбюраторных двигателей.

В перспективе следует ожидать дальнейшего понижения удельной массы до 2,0—4,5 кг/л. с.

Способ охлаждения. В тракторных дизелях преимуществен­ ное применение получило жидкостное охлаждение. Так, напри­ мер, в США из 167 выпускаемых моделей дизелей с жидкостным охлаждением— 155, а с воздушным— 12 («Дейтц»), т. е. 7%. В Англин из 85 моделей тракторных дизелей 31 модель вы­ пускают с воздушным охлаждением, что составляет 36% («Ко­ вентри-Виктор», «Листер», «Петтерс»); в ФРГ из 81 модели — 22, или 27% («Дейтц», «Эйхер», MWM); в СССР из 19 моде­ лей— 6 (ВТЗ и ЧТЗ), или 32%, включая опытные образцы.

13

Вместе с тем воздушное охлаждение имеет преимущество при эксплуатации тракторов в безводных районах. Отсутствие радиатора и водяного иасоса также является достоинством кон­ струкции такого двигателя. Дизели с воздушным охлаждением с диаметром цилиндров не более 120 мм достаточно хорошо зарекомендовали себя, и поэтому производство их вполне целе­ сообразно параллельно с производством двигателей жидкост­ ного охлаждения. Рациональным также является создание уни­ фицированных конструкций с обоими способами охлаждения.

По мере совершенствования конструкции, увеличения диа­ метра цилиндра и удешевления производства дизелей с воздуш­ ным охлаждением будет возрастать и их доля в общем количе­ стве моделей тракторных дизелей..

3. ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Классификация дизелей. Существуют различные методы классификации тракторных дизелей. Они отличаются классифи­ кационным параметром. Таким параметром могут являться основные размеры 5 и D\ иногда основой классификации яв­ ляется применяемость дизеля на тракторе того пли иного типа. Целесообразно классифицировать тракторные дизели по их рабочему объему (литражу), поскольку это наиболее объектив­ ный критерий. Пример такой классификации приведен в табл. 2.

Дизели тракторов и самоходных шасси тяговых классов 0,6 и 0,9 тс. Наиболее легкие двигатели для тракторов и самоход­ ных шасси в классе 0,6 тс тяги относятся к I типоразмеру

и

наиболее прогрессивным тенденциям двнгателестроения. Дизель максимально приспособлен к энергонасыщенному трактору Т-150, харктеризуется малой массой, размещением впускного и выпускного трубопроводов в развале блока, уменьшающим ши­ рину и длину выпускных трубопроводов для лучшего использо­ вания импульсности потока в турбине. Заднее газораспределение уменьшает влияние крутильных колебаний на привод механизма и позволяет разместить топливный насос между дизелем и кабиной, что наиболее удобно. Вынос форсунок из-под колпака исключает возможность разжижения смазки и т. п.

На номинальном режиме работы при 2000 об/мин дизель развивает на гусеничном тракторе мощность 150 л. с.; на колес­ ном тракторе Т-150К этот дизель регулируется на номинальную мощность 165 л. с. при 2100 об/мии.

В мировой практике тракторостроения дизели схемы V-6 широкого применения не нашли. В то же время дизели этой схемы довольно широко применяются на автомобилях такими ведущими фирмами, как Камминз (США), Дейтц и ДаймлерБенц (ФРГ). В нашей стране V-образиый шестицилиндровый дизель ЯМЗ-236 устанавливают на автомобилях Минского авто­ завода. Прямое сопоставление удельных параметров тракторных и автомобильных дизелей неправомерно, поскольку первые из условий обеспечения необходимого ресурса регулируются на мощность, пониженную примерно на 30%• Благодаря понижен­ ной скорости поршня такие дизели могут форсироваться по частоте вращения значительно больше, чем сопоставимые длинноходные. Уже при создании дизеля СМД-60 была предусмот­ рена возможность форсирования его до 2400 об/мин. Если при этом учесть, что и наддув на этом дизеле пока еще невысокий, то станет ясным, что этот дизель имеет значительные резервы для последующего форсирования.

Дизели тракторов тягового класса 4,0 тс. Дизели VI типо­ размера с рабочим объемом 11 —15 л применяют на тракторах тягового класса 4,0 тс, представленного трактором Т-4 Алтай­ ского тракторного завода (АТЗ) и его модификациями. На этих тракторах устанавливают шестицилиндровые рядные дизели А-03 (АМЗ), составляющие с описанными выше четырехцилинд­ ровыми дизелями А-41 семейство унифицированных дизелей с диаметром цилиндра 130 мм и ходом поршня 140 мм. Дизель А-03 развивает номинальную мощность 130 л. с. при 1700 об/мин.

Применение наддува па дизеле А-03 повышает его удельные показатели; кроме того, дизель А-03 имеет резерв по скорост­ ному форсированию и по повышению среднего эффективного давления. Характерной особенностью этого дизеля является его полная уравновешенность, жесткость конструкции, большие за­ пасы прочности основных несущих элементов, заложенные в семейство дизелей АМЗ, унификация с автомобильными дизе­ лями Ярославского моторного завода (ЯМЗ).

.18

Дальнейшее форсирование дизелей АМЗ, в частности дизеля А-03, должно существенно расширить область их применения

на отечественных тракторах.

Дизели тракторов тягового класса 5,0 тс. Для тракторов тягового класса 5 тс применяют дизели VI типоразмера. Этот тяговый класс представлен трактором Кировского завода К-700 и его модификациями. На этих тракторах применяют восьмилиидровый дизель ЯМЗ-238НБ с рабочим объемом 14,86 л, раз­ вивающий при 1700 об/мин 200 л. с.:На дизеле применен турбо­ наддув с невысокой степенью повышения давления. Большинство дизелей данного типоразмера выпускается за рубежом в шестицнлпндровом рядном исполнении.

Энергоиасыщенность трактора К-700 может быть повышена за счет применения другого дизеля мощностью 300 л.

Дизели тракторов тягового класса 6,0 тс (сельскохозяйствен­ ный вариант) или 10,0 тс (промышленный вариант). Для тяго­ вого класса 6 (10) тс применяют дизели VI типоразмера. В ка­ честве промышленного трактора в тяговом классе 10 тс вы­ пускают тракторы Т-100М и Т-130. На этих тракторах применен четырехцилиндровый рядный дизель Д-108 и форсированный

размера с рабочим объемом 20—25 л. Тракторы этого класса представлены промышленным трактором Т-180 и его модифи­ кациями, изготовляемыми Брянским автомобильным заводом

(БАЗ).

На этом тракторе используют шестицилиидровую модифи­ кацию описанного в предыдущем разделе дизеля Д-108 (ЧТЗ). Дизель развивает мощность 180 л. с. при 1150 об/мин. Создается новый восьмицилиндровый дизель воздушного охлаждения 8ДВ-220 с рабочим объемом 22,6 л (D X S= 150X160 мм) для нового семейства мощных промышленных тракторов. Номиналь­ ная мощность дизеля 220 и 260 л. с. при 1500 об/мин. Дизель 8ДВ-220 имеет объемно-плеиочиое смесеобразование, камеру в поршне типа ЦНИДИ, обеспечивает низкий эффективный расход топлива— 170 г/л. с-ч. Воздушное охлаждение создает опре­ деленные удобства при эксплуатации таких тракторов в без­ водных и северных районах. Надежный пуск при этом обеспе­ чивается от индивидуальных газовоздушных подогревателей.

Дизели промышленных тракторов тягового класса 25,0 тс. На тракторе ДЭТ-250 данного тягового класса применяют не тракторный дизель, а дефорсированную модификацию дизеля В-ЗОБ. Литраж дизеля, равный 38,88 л, несколько превышает литраж, установленный для тракторных дизелей самого боль­ шого VIII типоразмера (35 л). V-образный двепадцатицнлпндровый дизель с диаметром и ходом поршня соответственно 150

19