Общее устройство тракторов и автомобилей

 

Трактор и автомобиль состоят из различных механизмов, находящихся между собой в определенном взаимодействии. Их конструкция и расположение могут быть различными, но принципы действия аналогичны.

Механизмы трактора можно разделить на следующие составные части: двигатель, трансмиссия, ходовая часть, механизмы управления, рабочее и вспомогательное оборудование.

Расположение основных частей и механизмов у гусеничного трактора (на примере ДТ-75М) показано на рисунке 2.

Двигатель 1 предназначен для преобразования химической энергии сгорающего в нем топлива в механическую.

 

Рис. 2. Схема расположения основных частей, их механизмов и деталей гусеничного трактора ДТ-75М:

1 -двигатель; 2 - гидравлическая навесная система; 3 - прицепное устройство; 4 - ведущее колесо; 5 - планетарный механизм; 6 - конечная передача; 7 - коробка передач; 8 - соединительный вал; 9-сцепление; 10- гусеничная цепь; 11 - направляющее колесо; 12 - главная передача

Трансмиссия передает момент силы от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам. Она состоит из следующих механизмов: сцепления 9, соединительного вала 8, коробки передач 7, главной передачи 12, планетарного механизма 5 и конечных передач 6.

Ходовая часть служит для преобразования вращательного движения колес в поступательное движение трактора. В нее входят остов (рама), ведущие колеса (звездочки), гусеничные цепи 10, каретки подвески, направляющие колеса 11, поддерживающие ролики. При помощи двух ведущих колес и опорных катков подвесок трактор перекатывается по гусеничным цепям, состоящим из шарнирно соединенных стальных звеньев. Двигатель, механизмы трансмиссии и ходовой части трактора крепятся на раме.

Механизмы управления, воздействуя на ходовую часть, изменяют направление движения трактора, останавливают и удерживают его неподвижно. К ним относятся: механизм поворота (планетарный) 5, тормоза.

Рабочее оборудование трактора состоит из гидравлической навесной системы 1, прицепного устройства 3, вала отбора мощности и при­водного шкива.

Навесная система - это группа механизмов служащих для крепления навесных машин на трактор и управления их работой. Прицепное устройство позволяет буксировать различные прицепные машины и орудия. Вал отбора мощности используют для приведения в действие рабочих органов некоторых машин (силосоуборочного, картофелеуборочного и др.) при одновременном перемещении их по полю.

К вспомогательному оборудованию трактора относят кабину с подрессоренным сиденьем, капот, приборы освещения и сигнализации, системы отопления и вентиляции, компрессор и т.д.

Назначение основных частей и механизмов колесного трактора такое же, как и у гусеничного трактора.

Автомобиль (рис. 3) состоит из сборочных единиц и механизмов, образующих три составные части: двигатель, шасси и кузов.

 

Рис. 3. Расположение основных частей, их механизмов и деталей

автомобиля:

1 - управляемое колесо; 2 - передняя подвеска; 3 - сцепление; 4 – коробка передач; 5 - карданная передача; 6 - главная передача; 7 - дифференциал; 8 - задняя подвеска; 9 - ведущее колесо; 10 - рама; 11 - рулевое управление; 12-двигатель

 

Принципиальная схема расположения основных частей и механизмов мало отличается от схемы их расположения у колесного трактора с пневматическими шинами.

Шасси автомобиля состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления. На шасси автомобиля устанавливается кузов, служащий для размещения водителя, пассажиров и грузов. К кузову грузового автомобиля принадлежат так же кабина для водителя и оперение автомобиля: капот, крылья и подножки.

Автомобили могут иметь вспомогательное оборудование: тягово-сцепное устройство, лебедку, системы отопления и вентиляции, компрессор и т.д.

 

Контрольные вопросы

1. Какие агротехнические требования предъявляются к пропашным тракторам?

2. Перечислите группы механизмов трактора и автомобиля. Каково их назначение?

 

 

1.3 ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА

 

 

Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам:

- по способу воспламенения рабочей смеси - двигатели с воспламенением от сжатия (дизели) и двигатели с принудительным воспламенением от электрической искры;

- по способу смесеобразования - двигатели с внешним (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизели);

- по способу осуществления рабочего процесса - четырехтактные и двухтактные;

- по виду применяемого топлива - двигатели жидкого топлива, работающие на бензине и дизельном топливе, двигатели газообразного топлива (на сжатом и сжиженном газе) и многотопливные;

- по способу охлаждения - с жидким и воздушным охлаждением;

- по числу цилиндров — одноцилиндровые и многоцилиндровые (двух-, четырех-, шести-, восьми-, двенадцатицилиндровые);

- по расположению цилиндров - однорядные и двухрядные или V-образные (два ряда цилиндров расположены под углом друг к другу).

Горючая смесь -это смесь, состоящая из распыленного топлива и воздуха в определенной пропорции.

Рабочая смесь образуется в цилиндре работающего двигателя в результате перемешивания горючей смеси с остаточными газами.

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности - четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из корпусных деталей, кривошипно-шатунного, газораспределительного, а так же систем питания, охлаждения, смазочной, зажигания и пуска, регулятора частоты вращения.

Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения (рис. 4).

Верхняя мертвая точка (ВМТ) - положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси коленчатого вала двигателя большее. Нижняя мертвая точка (НМТ) - положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси коленчатого вала двигателя наименьшее. Ход поршня S – расстояние между мертвыми точками.
Рис. 4. положение поршня в мертвых точках: а - верхнее; б - нижнее

 

При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается на половину оборота, т.е. на 180°.

Ход поршня центрального криво шипно-шатунного механизма равен двум радиусам кривошипно-шатунного вала.

Рабочий объем цилиндра V_h (м³) - объем цилиндра, освобождаемый поршнем, при перемещении от ВМТ к НМТ.

 

,

 

где d - диаметр цилиндра, м;

S - ход поршня, м.

Объем камеры сжатия V_c - объем над поршнем, когда он находится в ВМТ.

Полный объем цилиндра V_a (м³) - сумма объема камеры сжатия и рабочего объема цилиндра, т.е. пространство над поршнем, когда он находится в НМТ.

Литраж двигателя V_л - это сумма рабочих объемов всех его цилиндров двигателя. При малых объемах (до 1 л) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших – в литрах:

 

,

 

где V_h – рабочий объем одного цилиндра, м³;

i – число цилиндров двигателя.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия:

 

.

 

В карбюраторных двигателях степень сжатия колеблется в пределах 6…9, а в дизелях – 15…20.

Таким образом, степень сжатия - это отвлеченное число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сжатия.

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в его цилиндре происходит периодически повторяющийся ряд изменений состояния рабочего тела (газа).

Рабочий цикл двигателя - комплекс последовательных процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), периодически повторяющихся в каждом цилиндре и обуславливающий работу двигателя.

Такт - часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки к другой.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода (такта) поршня или за один оборота коленчатого вала, называют двухтактными. Работу двигателя за один цикл определяют по индикаторной диаграмме-графику зависимости давления газа в цилиндре от объема, изменяющегося при перемещении поршня (координаты Р-V).

Индикаторную диаграмму снимают на работающем двигателе при помощи специального прибора-индикатора.

Карбюраторные двигатели. Топливо с воздухом смешивается в специальном приборе-карбюраторе, а горючая смесь воспламеняется от электрической искры. Эти двигатели устанавливают на автомобилях малой и средней грузоподъемности, а также тракторах для пуска основных дизельных двигателей.

Дизели. Такие двигатели отличаются от карбюраторных тем, что горючая смесь образуется внутри цилиндра и самовоспламеняется от температуры сжатого воздуха. Их применяют в качестве основных двигателей на тракторах и автомобилях большой грузоподъемности.

Принципы работы дизеля рассмотрим на примере упрощенной схемы (рис. 5). В цилиндре 6 помещен поршень 7, который шатуном 9 соединен с коленчатым валом 12. Если поршень перемещать в цилиндре вверх и вниз, то его прямолинейное движение преобразуется через шатун и криво шип во вращательное движение коленчатого вала. На конце вала закреплен маховик 10, который необходим для равномерности вращения вала при работе двигателя. Цилиндр плотно закрыт сверху головкой 1. В последней имеются два клапана: впускной 5 и выпускной 4, которые закрывают соответствующие каналы.

Рис. 5. Схема одноцилиндрового дизеля: 1 - головка цилиндра; 2 - коромысло; 3 - форсунка; 4 - впускной клапан; 5 - выпускной клапан; 6 - цилиндр; 7 - поршень; 8 - поршневой палец; 9 - шатун; 10 - маховик; 11 - картер; 12 - коленчатый вал; 13 - шестерня привода распределительного вала; 14 - распределительный вал; 15 - топливный насос; 16 - передаточные детали; 17 - воздухоочиститель

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала 14 через передаточные детали 16. Распределительный вал и вал топливного насоса приводятся во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. Топливо в цилиндр поступает через форсунки 3 от топливного насоса. Рассмотрим, как протекает рабочий процесс в работающем одноцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе. Поршень перемещается с помощью шатуна коленчатым валом вниз и, действуя подобно насосу, создает разрежение в цилиндре. Через открытый клапан цилиндр заполняется чистым воздухом под влиянием разности давлений. Выпускной клапан закрыт. В конце такта впускной клапан закрывается.

В начале работы двигателя коленчатый вал приводят во вращение посторонним источником энергии, например электрическим стартером или пусковым двигателем. В конце такта впуска давление в цилиндре в среднем составляет 0,08...0,95 МПа, а температура 30...50 °С (рис. 6, а).

Второй такт — сжатие (рис. 6, б). Поршень, продолжая движение с помощью коленчатого вала, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух. Температура воздуха при сжатии повышается. Благодаря высокой степени сжатия повышается давление в дизельном двигателе до 4 МПа, а воздух нагревается до температуры 600 °С. В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается порция дизельного топлива в мелко распыленном состоянии.

Третий такт - рабочий ход, или расширение (рис. 6, в). Мелкие частицы топлива, соприкасаясь с нагретым сжатым воздухом, самовоспламеняются. Подача топлива через форсунки и горение продолжается некоторое время после того, как поршень пройдет ВМТ. Благодаря задержке самовоспламенения топливо в основном сгорает во время этого такта. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000 °С, давление повышается до 8 МПа. Под большим давлением саморасширяющихся газов поршень перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его производить механическую работу.

Рис. 6. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а - такт впуска; б - такт сжатия: в - такт расширения; г — такт выпуска

Четвертый такт - выпуск (рис. 6, г). Поршень перемещается вверх, а выпускной клапан открывается. Отработавшие газы сначала под действием избыточного давления, а затем поршнем удаляются из цилиндра. После перехода поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и рабочий цикл повторяется.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя

В отличие от дизельного двигателя у карбюраторного двигателя воздух и топливо поступают в цилиндр одновременно в виде горючей смеси, приготовленной карбюратором.

Такт впуска. Поршень 4 (рис. 7, а) движется от в. м.т. к н. м.т. Над ним в полости цилиндра 1 создается разрежение. Впускной клапан 6при этом открыт, цилиндр через впускную трубу 7 и карбюратор 8сообщается с атмосферой. Под влиянием разности давлений воздух устремляется в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух распыливает топливо и, смешиваясь с ним, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр.

Рис. 7. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:

а — такт впуска: б —такт сжатия; в —такт расширения; г— такт выпуска; 1 — цилиндр; 2 - выпускная труба; 3 — выпускной клапан; 4 — поршень; 5 — искровая зажигательная свеча; 6 - впускной клапан; 7— впускная труба; 8 — карбюратор; 9 — шатун; 10— коленчатый вал

Заполнение цилиндра цилиндра 1 горючей смесью продолжается до прихода поршня в н. м. т. К этому времени впускной клапан закрывается.

Такт сжатия. При дальнейшем повороте коленчатого вала 10 (рис. 7, б) поршень движется от н. м. т. к в. м. т. В это время впускной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает находящуюся в цилиндре рабочую смесь. В такте сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются и нагреваются. В конце такта сжатия между электродами свечи 5 возникает электрическая искра, от которой рабочая смесь воспламеняется. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения. Оба клапана закрыты. Под давлением расширяющихся газов поршень движется от в. м. т. к н.м.т. (рис.7, в) и при помощи шатуна 9 вращает коленчатый вал 10, совершая полезную работу.

Такт выпуска. Когда поршень подходит к н. м. т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы под действием избыточного давления начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н. м. т. к в. м. т. (рис. 7, г) и выталкивает из цилиндра отработавшие газы.

Далее рабочий цикл повторяется.

В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны (рис. 8). Впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов у пускового двигателя осуществляется через окна в цилиндре, которые своевременно открываются и закрываются движущимся поршнем.

При движении вверх поршень 2 (рис. 8, а) перекрывает впускное окно 3 в цилиндре, в результате чего над поршнем происходит сжатие рабочей смеси. Одновременно под поршнем создается разрежение, и из карбюратора 4 через впускные окна 5 цилиндра горючая смесь засасывается в кривошипную камеру 6.

При подходе к ВМТ в свече зажигания образуется электрическая искра, и рабочая смесь в цилиндре воспламеняется (рис. 8, б). На этом заканчивается первый такт. Под давлением образовавшихся от сгорания рабочей смеси газов поршень перемещается вниз, совершая рабочий ход, который происходит до тех пор, пока откроются выпускные окна, и начнется выпуск отработавших газов через выпускную трубу наружу. При движении поршня вниз горючая смесь в кривошипной камере сжимается. В конце второго такта поршень открывает окно продувочного канала 7, и горючая смесь нагнетается из кривошипной камеры в цилиндр, вытесняя из него отработавшие газы (рис. 8, в).

Рис. 8. Схема работы двухтактного двигателя:

а — первый такт; б — конец первого и начало второго такта;

в - конец второго такта

1 - свеча зажигания; 2 - поршень; 3 - выпускное окно цилиндра; 4 - карбюратор; 5 - впускное окно цилиндра; 6 - кривошипная камера; 7 - продувочная камера; 8 - цилиндр; 9 - выхлопная труба; 10 - картер

Происходит продувка и одновременно наполнение цилиндра свежей горючей смесью. При этом горючая смесь частично выходит вместе с отработавшими газами. Таким образом, за два хода поршня (два такта) совершается полный рабочий цикл.

Двигатели с описанным рабочим процессом называют двигателями с кривошипно-камерной продувкой. Эти двигатели по конструкции и в эксплуатации проще, чем четырехтактные. Их работа протекает более равномерно потому, что рабочий ход происходит при каждом обороте коленчатого вала. Однако двухтактные двигатели менее экономичны, чем четырехтактные. При продувке через выпускные окна теряется 30% горючей смеси. Поэтому двухтактные карбюраторные двигатели используют при кратковременной работе для запуска дизельного двигателя трактора.

Рабочий цикл четырехтактных двигателей совершается за два оборота коленчатого вала. За это время коленчатый вал получает усилие от поршня только при одном полуобороте, соответствующем рабочему ходу поршня. Три других полуоборота продолжаются по инерции, и коленчатый вал с помощью маховика перемещает поршень при всех вспомогательных тактах - впуске, выпуске и сжатии. В последствие этого коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: при рабочем ходе - ускоренно, а при вспомогательных тактах -замедленно. Кроме того, одноцилиндровый двигатель обычно имеет небольшую мощность и повышенную вибрацию. Поэтому на современных тракторах и автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала, т.е. через равные промежутки времени. Например, в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе такт расширения (рабочий ход) в цилиндре происходит через 180° (720°) по отношению к предыдущему, т.е. через половину оборота коленчатого вала. Другие такты этого двигателя передаются также через 180°.

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых отечественных двигателей 1-3-4-2. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре (рис. 9).

Зная порядок работы цилиндров двигателя, можно правильно распределить провода по искровым свечам зажигания, присоединить топливопроводы к форсункам и отрегулировать клапаны.

Обороты коленчатого вала	Цилиндры
1-й оборот	1-й полуоборот	Расширение	Выпуск	Сжатие	Впуск
2-й полуоборот	Выпуск	Впуск	Расширение	Сжатие
2-й оборот	1-й полуоборот	Впуск	Сжатие	Выпуск	Расширение
2-й полуоборот	Сжатие	Расширение	Впуск	Выпуск

 

Рис. 9. Чередование тактов четырехцилиндрового двигателя с порядком работы 1-3-4-2

 

Общее устройство. Двигатели установленные на тракторах (дизели) включают следующие механизмы и системы.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Газораспределительный механизм управляет работой клапанов, что позволяет в определенных положениях поршня впускать воздух в цилиндры, сжимать его до определенного давления и удалять оттуда отработавшие газы.

Система питания обеспечивает подачу отмеренных порций топлива в определенный момент в распыленном состоянии в цилиндры двигателя.

Смазочная система необходима для непрерывной подачи масла к трущимся деталям и отвода теплоты от них.

Система охлаждения предохраняет стенки камеры сгорания от перегрева и поддерживает в цилиндрах нормальный тепловой режим.

Система пуска нужна для проворачивания коленчатого вала во время пуска.

В отличие от дизеля, карбюраторный двигатель имеет следующие особенности: система питания карбюраторного двигателя предназначена для приготовления горючей смеси в специальном приборе — карбюраторе и подачи ее в цилиндры; для зажигания рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя служит система зажигания.

 

Контрольные вопросы

1. По каким основным признакам классифицируются двигатели?

2. Что такое степень сжатия?

3. Каков порядок работы четырехтактного четырехцилиндрового двигателя?

4. Назовите основные механизмы и системы двигателя?