Kursovoy_64_kN_1

Министерство сельского хозяйства

Российской федерации

ФГОУ ВПО “Тюменская государственная сельскохозяйственная академия“

МТИ

Кафедра “Сельскохозяйственных и мелиоративных машин”

Дисциплина “Тракторы и автомобили”

Курсовой проект

На тему: “Проектирование и расчёт двигателей внутреннего сгорания”

Выполнил.

Студент группы Т-522: О.В.Толкачёв.

Проверил.

Руководитель: О.А.Морозов.

г. Тюмень 2009г.

2.

1. Аналитический обзор

Исходные данные:

F_кр =47 кН

По исходным данным мною был подобран трактор который наиболее подходит под эту характеристику по технико-экономическим показателям это трактор

КИРОВЕЦ –К-701М на сдвоенных колёсах.

Технические характеристики.

СХиММ КР.РД.000.000.001

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал

Толкачёв О.В

Аналитический обзор

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

3

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

3.

Шина колесного движителя под действием вертикальной нагрузки деформируется и погружается в почву на глубину, при которой наступает равновесие менаду суммирующимися по контактной поверхности удельным давлением шины и удельным сопротивлением почвы. Чтобы снизить удельное давление на почву со стороны ходовой части, на тракторах «Кировец» применяют уширенные шины увеличенных типоразмеров и сдваивают шины с использованием специальных приспособлений, устанавливаемых на торцах конечных передач ведущих мостов. Сдвоенные колеса устанавливают в следующей последовательности. Отворачивают серийные гайки, вынимают прижимы и выворачивают шпильки из водила конечной передачи. Наворачивают на длинные шпильки гайки, устанавливают прижимы, заворачивают шпильки в водило до отказа и вращением гаек закрепляют обод. Устанавливают распорное кольцо в конусную поверхность основного колеса, прижимают его дополнительным колесом, устанавливают на шпильки прижимное кольцо и вращением гаек закрепляют дополнительное колесо. Доводят давление воздуха в основных шинах до 0,11 МПа (1,1 кгс/см2) и в дополнительных — до 90 кПа (0,9 кгс/см2). Обкатывают тракторы в течение 1,5 ч, подтягивая гайки крепления колес через каждые 30 мин.

Результаты сравнительных хозяйственных испытаний трактора «Кировец» с различной шириной колеи показали, что производительность в среднем возросла на 7…11%, а расход топлива на единицу обработанной площади снизился на 8…19% по сравнению с серийным.

При работе на сдвоенных шинах глубина колеи при влажности более 26% значительно меньше, чем при одинарных шинах, а физические характеристики почвы по колее значительно ближе к параметрам неуплотненной почвы вне колеи.

Рис. 1. Зависимость силы сопротивления движения (Р_f) и касательной силы тяги трактора (P_к) от ширины контакта колес с почвой (В)

СХиММ КР.РД.000.000.001

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

4.

Согласно рис.1, видно что при увеличении ширины контакта колеса трактора с почвой повышаются сила сопротивления движению с 21,9 кН до 25 кН и касательная сила тяги трактора с 35 кН до 73 кН при увеличении ширины колеса с 0,8 до 1,6 м, то есть возрастание касательной силы тяги происходит более интенсивно по сравнению с силой сопротивления. Следовательно, увеличение ширины контакта движителя с почвой позволит увеличить тяговое усилие трактора и снизить техногенное воздействие на почву.

На сдвоенных шинах при массе 15 600 кг трактор К-701 может развить на стерне тяговое усилие 70… 75 кН (7000…7500 кгс) при скорости 7…8 км/ч и буксовании 12…15% и 75…80 кН (7500…8000 кгс) при скорости 6 км/ч и буксовании 20%. На стерне при тяговом усилии более 47,5 кН (4750 кгс) и скорости движения выше 10 км/ч.

Тяговый КПД на сдвоенных шинах по сравнению с одинарными снижается из-за увеличения коэффициента сопротивления движению. На поле, подготовленном под посев, тяговый КПД трактора К-701 на сдвоенных шинах при скорости более 8 км/ч и тяговом усилии менее 50 кН (5000 кгс) ниже, чем на одинарных шинах, также из-за увеличения относительных потерь на передвижение трактора. Диапазон максимальных значений тягового КПД с 9…11 км/ч смещается в сторону пониженных скоростей (8…10 км/ч). Учитывая это, трактор К-701 целесообразно использовать со сдвоенными шинами на операциях, ограниченных по скорости. Например, на противоэрозионной обработке почвы работа допускается па скорости 8 км/ч, так как при имеющихся конструкциях рабочих органов плоскорезов при большей рабочей скорости земля выбрасывается из-под стоек и засыпает стерню.

Применение трактора К-701 со сдвоенными шинами на глубоком рыхлении зяби с тремя плоскорезами КПГ-2,2 па скорости 8 км/ч позволяет сохранить стерню и повысить сменную производительность на 40…45%.

СХиММ КР.РД.000.000.001

лист

3

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

5.

2. Подбор двигателя для проектируемой машины

2.1 Расчет номинальной мощности двигателя

Расчет номинальной мощности двигателя производится с учетом номинального тягового усилия трактора, силы сопротивления качению, массы трактора, потерь на трение в трансмиссии и необходимого запаса мощности двигателя.

Учитывая вышеизложенное, номинальная мощность двигателя P_е определяется по формуле

, кВт,

где F_н номинальная сила тяги на крюке - (Н);

V_н -расчетная скорость движения на низшей рабочей передаче при номинальной силе тяги, м/с, принимаем равной 4,9 км/ч или 1,36 м/с;

m_э - эксплуатационная масса трактора (кг), принимаем табличную 14 570 кг;

g - ускорение свободного падения (м/с²);

f – коэффициент сопротивления качению движителя трактора, принимаем по таблице для вспаханного поля равным 0,18;

_тр - КПД, учитывающий потери мощности в трансмиссии и

определяемый по формуле

,

где _ц и _к - соответственно КПД цилиндрической и конической пары шестерен. Принимаются равными _ц =0,985 и _к = 0,975;

_х - КПД, учитывающий потери мощности на холостом ходу; принимается _х = 0,96;

n₁ и n₂- степенные показатели числа пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче;

к_з - коэффициент запаса мощности двигателя - 0,85.

=

В аналитическом обзоре я взял существующий двигатель СМД-62 мощностью 121,36 кВт что на 34% больше расчётного предполагаю что выбранный мной двигатель позволит добиться требуемого тягового усилия (64 кН) и на более высоких скоростях.

СХиММ КР.РД.000.000.002

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Расчёт номинальной мощности твигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

1

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

6.

3. Тепловой расчёт дизельного двигателя

3.1 Исходные данные:

мощность P_e=246 кВт

частота вращения n_e = 1900 мин^-1

степень сжатия ε =15,2

число цилиндров i = 8

коэффициент избытка воздуха α =до 2,1

коэффициент наполнения =0,80

топливо дизельное состава: С=86,5%; Н=12,5%; О=1%,

коэффициент выделения теплоты =0,8

давление и температура воздуха р₀=0,1013 МПа, Т₀=288 К,

температура отработавших газов Т_r=800 К

3.2 Процесс впуска:

Учитывая сравнительно невысокую частоту вращения коленчатого вала и выбранную для данного типа дизеля степень сжатия ε =15,2, можно принять температуру подогрева свежего заряда

Давление остаточных газов

Коэффициент остаточных газов

Давление в конце впуска

Температура в конце впуска

Расчётный коэффициент наполнения

Погрешность расчётного и принятого коэффициентов не превышает 4%,

3.3 Процесс сжатия:

Давление в конце сжатия

СХиММ КР.РД.000.000.003

Изм.

Лист

№ Документа

Подпись

Дата

Разработал.

Толкачёв О.В

Тепловой расчёт двигателя

Литер

Лист

Листов

Проверил

Морозов О.А.

У

1

6

Рецензент

ТГСХА гр.522

Н Контр

Утвердил

7.

Где n₁– показатель политропы сжатия,

Таким образом

Температура, рабочей смеси в конце процесса сжатия

3.4 Процесс сгорания:

Выделяются продукты сгорания следующего состава:

Общее количество молей продуктов сгорания

Химический коэффициент молекулярного изменения

где

действительный коэффициент молекулярного изменения

Действительное количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива при составит

Средняя молярная теплоёмкость свежего заряда для дизеля

Подставляя значения температуры сжатия, получим

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

2

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата

8.

Средняя молярная теплоёмкость продуктов сгорания

Подставляя значение коэффициента избытка воздуха α=2,1, получим:

Теплотворная способность топлива определяется с учётом формы камеры сгорания и процесса смесеобразования. Для дизелей данного типа низшую теплотворную способность топлива предпочтительнее определять по формуле

Где S и W – соответственно содержание серы и влаги в топливе,которые при расчётах не учитываются из-за их практически малого значения.

Подставляя численные значения, получим

Используя значения полученных параметров, определяем максимальную температуру газов в конце сгорания:

где 8,314 – универсальная газовая постоянная, кДж/(кг*К). - степень повышения давления, для дизелей с неразделёнными камерами сгорания (прямоструйных) она лежит в пределах 1,85…2,6, а предкамерных – 1,3…1,9. Для данного типа дизеля (прямоструйного) принимаем

Подставляя численные значения величин в уравнение сгорания, получим

После преобразований получаем квадратное уравнение

Решая уравнение относительно Т_z, определим температуру в конце сгорания:

Давление p_z, в конце сгорания

СХиММ КР.РД.000.000.003

лист

3

изм.

Лист

№ докум.

Подпись

дата