От частоты вращения коленчатого вала

Регуляторная характеристика тракторного двигателя показывает изменение эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента, удельного и часового расходов топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Расчет и построение регуляторной характеристики двигателя в функции от скоростного режима рекомендуется вести в следующем порядке

1. Задаваясь различными значениями частот вращения вала двигателя в процентах (100, 90, 80, 75, 70, 60) от номинальной величины (по заданию), определяют текущие значения N_e мощности двигателя на безрегуляторной ветви характеристики по эмпирической формуле

, кВт,

где n_е и n_н - текущее и номинальное значение частот вращения коленчатого вала двигателя; C₁ = 0,5; C₂ = 1,5 - для дизелей с непосредственным впрыском топлива;

C₁ = 0,7; C₂ = l,3 - для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием.

На регуляторной ветви характеристики принимают изменения мощности N_e по закону прямой линии от N_e = 0 до N_{е max}.

2. Для определения N_e = 0 определяют частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу по формуле:

n_х=(1+d_р)n_н, мин^-1,

где d_р - коэффициент неравномерности регулятора: для современных тракторных

двигателей принимают d_р = 0,07...0,08.

3. Зная мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя, определяют крутящий момент по формуле

Нм,

где ; n_i - частота вращения коленчатого вала соответственно

мощности двигателя N_ei.

4. По удельному расходу g_eн топлива при номинальной мощности двигателя определяют максимальный часовой расход топлива по формуле

, кг/ч.

5. Для холостого хода двигателя принимают:

G_{т х}= (0,25...0,3) G_{т max}, кг/ч.

Промежуточные точки часового расхода топлива на регуляторной ветви принимают по закону прямой линии.

6. По часовому расходу топлива и соответствующей мощности двигателя на регуляторном участке, определяют удельный расход топлива по формуле

.

Кривая удельного расхода топлива поднимается вверх по мере снижения нагрузки двигателя.

7. Удельный расход топлива на безрегуляторной ветви при максимальном крутящем моменте двигателя принимают на 15 - 20% больше, чем при номинальной мощности. Промежуточные точки удельного расхода топлива можно принимать аналогично опытным данным соответствующих двигателей.

8. Зная удельный, расход топлива на безрегуляторной ветви, определяют соответствующий часовой расход топлива G_тi по формуле:

, кг/ч.

Результаты расчетов показателей работы двигателя заносят в сводную табл. 2 для построения регуляторной характеристики.

Таблица 2

n, мин^-1	Ne, кВт	Мкр, Нм	Gт, кг/ч	gе, г/кВт×ч

 

Пользуясь полученными расчетными данными, строят график регуляторной скоростной характеристики дизельного тракторного двигателя в функции от частоты вращения коленчатого вала.

На рис. 1 приведен общий вид скоростной регуляторной характеристики, показывающей характер изменения

М_кр, N_e, G_т, g_е=f(n).

Ne M Gт ge

Рис. 1. Скоростная регуляторная характеристика

 

Нагрузочная характеристика двигателя в функции

От эффективной мощности

Исходными данными для построения нагрузочной характеристики являются также расчетные данные табл. 2. Примерная нагрузочная характеристика показателей М_кр, n, G_т, ge - f(N_e) представлена на рис. 2, которая дает более полное представление о показателях работы двигателя в регуляторной зоне - в пределах работы регулятора, что используется при оценке работы комплекса сельскохозяйственных машин с данным типом трактора.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика

Нерегуляторная зона в пределах от М_{кр н} до М_{кр max} характеризует работу двигателя при воздействии на его показатели корректирующего устройства в период кратковременных перегрузок. Для повышения эффективности работы машинно-тракторного парка следует стремиться к тому, чтобы средняя эксплуатационная загрузка двигателя была по возможности выше в пределах регуляторной зоны, но не более 95% от максимальной мощности двигателя.

 

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА

Определив основные конструктивные и экономические параметры тракторного двигателя и трактора в целом, приступают к построению теоретической тяговой характеристики, которая позволяет получить наглядное представление о тяговых и топливно-экономических показателях на различных режимах его работы.

Теоретическая тяговая характеристика трактора (рис. 3) состоит из двух частей - нижней и верхней.

Рис. 3. Теоретическая тяговая характеристика

Нижняя часть графика имеет вспомогательное значение и служит для нанесения, основных исходных параметров тракторного двигателя. В верхней части графика наносится ряд кривых, показывающих, как в заданных почвенных условиях, при установившемся движении на горизонтальном участке, в зависимости от нагрузки на крюке трактора изменяются его основные эксплуатационные показатели - буксование ведущих органов, скорости движения, тяговая мощность, удельный расход топлива и тяговый КПД трактора.

Аналитический расчет и графическое построение теоретической тяговой характеристики трактора производится в следующей последовательности: на листе чертежной или миллиметровой бумаги размером 594´420 мм наносятся на нижней части листа (рис. 3) оси координат с повернутой осью ординат вниз. Затем по оси абсцисс от начала координат О' в принятом масштабе откладывается для каждой передачи максимальная касательная сила тяги, подсчитанная по формуле

и номинальная

,

где М_{кр max} - максимальный крутящий момент двигателя (табл. 2); М_{кр н} - крутящий момент двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала (табл. 2);

i _{тр i} - передаточное число трансмиссии; h_{тр i} - КПД, учитывающий потери мощности в

трансмиссии.

Учитывая, что касательная, сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя, поэтому по оси абсцисс от точки О' для каждой заданной передачи в принятом масштабе наносятся крутящие моменты двигателя М_{кр max} и М_{кр н} соответственно касательным силам тяги Р_{кр max} и Р_{кр н}.

Затем по оси ординат вниз наносятся масштабные шкалы эффективной мощности, часового расхода топлива и частоты вращения коленчатого вала двигателя с таким расчетом, чтобы графики в регуляторной зоне не пересекались.

Далее с учетом количества передач и соответствующих крутящих моментов строится график показателей работы двигателя.

N_e, G_т, n = f(M_кр).

При этом образуются пучки кривых N_e с общим центром в точке О', кривые G_т с общим центром в точке G_тx и пучок кривых n с общим центром в точке n_х - соответствующие холостому ходу двигателя. Точки перегиба, (вершины) кривых всех показателей регуляторной характеристики двигателя должны находиться на горизонтальной прямой и по вертикали соответствовать номинальным моментам двигателя.

Кривые, расположенные в нерегуляторной зоне в пределах от М_{кр н} до M_{кр max} для каждой передачи, строятся по расчетным точкам регуляторной характеристики (см. табл. 2, с. 11). Нанесенные кривые на график регуляторной характеристики для каждой передачи должны заканчиваться при максимальных значениях крутящих моментов, M_{кр max}.

Примером построения нагрузочной характеристики двигателя в функции от крутящего момента может служить нижняя часть теоретической тяговой характеристики трактора (рис. 3). Следует учесть, что в зоне перегрузок от М_{кр н} до M_{кр max} кривые N_e, G_т, n строятся по точкам регуляторной характеристики, а в зоне действия регуляторов эти показатели изображаются прямыми линиями.

После построения нагрузочной характеристики определяют силу сопротивления качению по формуле:

P_f = f×G,

где f - коэффициент сопротивления качению; G - сила тяжести трактора.

Величина силы сопротивления качению P_f откладывается по оси абсцисс вправо от точки О' до точки О. Полученная точка О будет являться началом координат непосредственно тяговой характеристики трактора. По оси абсцисс в масштабе касательной силы от точки О отсчитывается сила тяги на крюке трактора, определяемая по формуле Р_кр = Р_к - P_f, а по оси ординат вверх изображаются в своих масштабах тяговые показатели трактора - буксование движителей, скорости движения, тяговые мощности на крюке, удельный расход топлива по передачам и тяговый КПД.

Величина коэффициента буксования может быть подсчитана по эмпирической формуле

d=ар+bp^c,

где р - относительная сила тяги трактора, определяемая по формуле

.

 

Для гусеничных тракторов и колесных со всеми ведущими колесами l_к=1, поэтому величина относительной силы тяги будет определяться по формуле

.

Безразмерные коэффициенты а, b, с зависят от типа трактора и почвенных условий. Для колесных тракторов принимают: а=0,13; b = 0,013; с=8. Для гусеничных тракторов: а = 0,04; b = 4,0; с=8. Для ориентировочных расчетов величина буксования в пределах до максимальной мощности двигателя имеет линейную величину прямо пропорциональную тяговой нагрузке трактора.

Далее для каждой заданной передачи определяют теоретическую скорость на холостом ходу (р_кр=0) по формуле

,

где r_к - радиус качения ведущего колеса (звездочки); n_д - частота вращения коленчатого

вала двигателя в минуту.

Зная величину буксования d и теоретическую скорость движения, подсчитывают для каждой передачи рабочие скорости по формуле

V_p=V_т(1-d)= (1-d).

По формуле для каждой передачи определяют мощность на крюке трактора (кВт).

Для оценки топливной экономичности трактора определяется удельный расход топлива по формуле

,

где G_тi - соответствующий часовой расход топлива по нижней части графика

регуляторной характеристики двигателя, кг/ч.

Условный тяговый КПД трактора подсчитывается по формуле

,

где N_кр и N_e - определяются по графику рис. 3.

Проверку h_ту производят по формуле

h_ту=h_тр×h_f×h_б.

Если расчет по двум формулам произведен правильно, то результаты расчетов должны совпадать или быть близкими.

Для построения теоретической тяговой характеристики трактора полученные расчетные тяговые показатели для каждой передачи заносятся в таблицу по следующей форме:

Таблица 3

Передача

Расчетная точка

Ne, кВт

nд, мин^-1

Gт, кг/ч

Рн, кН

Ркр, кН

Vi, км/ч

Nкр, кВт

gкр, г/кВт×ч

d, %

hту

hтр×hf×hб

I

и т.д.

II

и т.д.

 

После построения графика тяговой характеристики трактора составляется баланс мощности трактора для установившегося движения.

Мощность на крюке трактора и значения d, V, G, Р_к берутся из графика теоретической тяговой характеристики трактора (рис. 3).

В заключение 1-й части курсовой работы следует проанализировать расчетные показатели трактора в целом и сделать краткие выводы сравнительно с прототипом.

Раздел II