Для выполнению курсового проекта

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по дисциплине «Тракторы и автомобили»

раздел I «Тепловой и динамический расчет двигателя»

раздел II «Тяговый расчет трактора»

раздел III «Динамический расчет автомобиля»

Специальность: 110304.65 – «Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе»

Оренбург 2012г.

УДК 631.3

Рецензенты

доктор технических наук, профессор В.Д.Поздняков

доктор технических наук, профессор В.А.Шахов

Учебно-методическое пособие по курсовому проекту «Тепловой и динамический расчет двигателя, тяговый расчет трактора и динамический расчет автомобиля». /Е.М.Асманкин, В.Н.Алексеев, Д.В.Фролов; Издательский центр ОГАУ. – Оренбург, 2012. – __ с.

В методические указания включены методики теплового и динамического расчета двигателя, тягового расчета трактора и динамического расчета автомобиля

Методическое пособие предназначено для выполнения курсового проекта по дисциплине «Тракторы и автомобили» и может быть использовано студентами инженерных факультетов аграрных вузов для выполнения дипломных проектов.

Одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией технического факультета Оренбургского ГАУ.

ВВЕДЕНИЕ

Назначение курсового проекта - систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний, полученных при изучении курса "Тракторы и автомобили" и приобретение навыков в решении ряда взаимосвязанных между собой инженерных вопросов.

Курсовой проект состоит из трех частей: тепловой и динамический расчет двигателя, тяговый расчет трактора и динамического расчета автомобиля.

В первом разделе методическом пособия рассмотрены следующие вопросы.

1. Определение эксплуатационной массы проектируемого трактора.

2. Определение номинальной мощности двигателя.

3. Тепловой расчет двигателя.

3. Определение основных размеров двигателя (диаметр и ход поршня).

4. Динамический расчет двигателя.

5. Построение индикаторной диаграммы в координатах развернутой индикаторной диаграммы по углу поворота коленчатого вала, сил инерции, суммарной диаграммы сил давления газов на поршень и сил инерции прямолинейно возвратно-движущихся масс, диаграммы тангенциальных сил и графиков по кинематике поршня (перемещение, скорость и ускорение).

6. тяговый расчет трактора.

7. Построения тяговой характеристики трактора

8. Динамический расчет автомобиля.

9. Построение динамической характеристики автомобиля.

Все расчеты, оформляется отдельными разделами единой расчетно-пояснительной записке с приложением необходимых схем и графиков. Расчетно-пояснительная записка выполняется на отдельных листах стандартного формата А4, напечатанных на одной стороне листа и снабжена титульным листом.

В расчетно-пояснительной записке принимаемые коэффициенты и параметры должны быть обоснованы, формулы сопровождаться пояснениями, а полученные результаты снабжаться размерностью, при необходимости иметь ссылки на литературу, список которой, в соответствии с правилами библиографии приводится в конце записки.

Графическая часть выполняется на чертежной бумаге форма А1 по правилам ЕСКД.

Возможен расчет курсового проекта с применением ЭВМ.

1. Компьютерная программа, выполненная в среде «Mathcad 2001»

Рекомендуемая литература

Основная литература.

1. Основы теории и расчета автотракторных двигателей / Баширов Р.М. – Уфа: БашГАУ, 2010. – 304 с.

2. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высшая школа, 2008. – 496 с.

Дополнительная литература.

3. Кутьков Г.М. Теория трактора и автомобиля. – М.: КолосС, 2004.

4. Конструирование двигателей внутреннего сгорания: Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» направления подготовки «Энергомашиностроение» /Н.Д. Чайнов, Н.А.Иващенко, А.Н.Краснокутский, Л.Л.Мягков; под. Ред. Н.Д.Чайнова. М.: Машиностроение, 2008. 496 с., ил.

1. Студент получает задание от преподавателя на курсовой проект.

Задание №______ на курсовое проектирование по тракторам и автомобилям на тему: «Тепловой и динамический расчет двигателя», «Тяговый расчет трактора» и «Динамический расчет автомобиля» Студента(ки) ____ группы ______________ специальности. Технического факультета. Оренбургского ГАУ.

Данные для расчета параметров двигателя и тягового расчета трактора	Данные для расчета параметров двигателя и динамического расчета автомобиля
Тип трактора	Тип автомобиля
Тип движителя	Вместимость
Ркрн= кН	fo=.
Vдн= м/с	Vmax= м/с
m=.	Kдор max=.
Vдтр= м/с	m=.
=.

Параметры задания определяются по номеру варианта совпадающего с порядковым номером студента по зачетной книжке.

На основание полученного задания приступает к выполнению курсового проекта по следующему порядку.

1. Определение эксплуатационной массы проектируемого трактора.

Различают конструктивную (сухую) массу трактора m_к и эксплуатационную (полную) массу m_э. Эксплуатационная масса включает в себя конструктивную массу m_к , массу топлива, смазочных материалов и воды m_гсм, возимого инструмента m_и, водителя m_вод, а кроме того и массу балласта m_бал, если таковой применяется

m_э = m_к + m_гсм + m_и + m_вод + m_бал ; к2.

Конструктивна масса должна обеспечить прочность и долговечность конструкции трактора, эксплуатационная – необходимые тягово-сцепные качества.

Эксплуатационную массу трактора можно определить, приравнивая касательную силу тяги к величине сопротивления движению

Р_к = _кр^н + к f g m_э; Н,

Где = 1,3...1,4 – коэффициент возможной перегрузки при работе трактора в составе пахотного агрегата;

К – коэффициент, зависящий от типа ходового аппарата;

К = 1 – колесный движитель;

К = 0,5 – гусеничный движитель;

f- коэффициент сопротивления качению;

g- ускорение свободного падения, м/с².

Возможное значение касательной силы тяги при допустимом буксовании определяется

Р_к = _{доп к} g m_э; Н,

_доп- коэффициент сцепления при допустимом буксовании;

_к- коэффициент нагрузки ведущих колес;

_к= 0,75...0,85 – колесные тракторы 4 2;

_к= 1- колесные тракторы 4 4 и гусеничные.

Отсюда m_э = , к²

Значения коэффициентов, характеризующих тягово-сцепные качества тракторов, приведены в таблице 1

Таблица 1

Агротехнический фон	Колесные тракторы	Гусеничные тракторы
f	доп	max	f	доп	max
Грунтовая сухая дорога	0,03 0,05	0,65 0,80	0,70 0,90	0,05 0,08	0,75 0,85	0,90 1,10
Целина, плотная залежь	0,05 0,07	0,65 0,80	0,70 0,90	0,06 0,08	0,85 0,95	1,00 1,20
Стерня колосовых	0,06 0.08	0,55 0,65	0,60 0,80	0,06 0,12	0,75 0,85	0,80 1,00
Поле, подготовленное под посев	0,16 0,18	0,35 0,55	0,40 0,60	0,09 0,16	0,55 0,65	0,60 0,70

Можно считать, что конструктивная масса трактора пропорциональна номинальной мощности двигателя

m_k=

В ближайшем будущем следует ожидать, что удельная мощность может быть повышена до следующих пределов:

Колесные тракторы К_N = 25... 30 кВт/т;

Гусеничные тракторы К_N = 15... 20 кВт/т;

При выполнении курсового проекта допустимо выбрать значение конструктивной массы, ориентируясь на показатели современных тракторов того же тягового класса. С достаточно для учебных расчетов точностью можно принять, что за счет водителя, инструмента, горюче-смазочных материалов масса трактора возрастает на 7...10%. Недостаток эксплуатационной массы восполняется применением балласта, навешиваемого на ведущие колеса.

2. Определение номинальной мощности двигателя.

Номинальная мощность двигателя определяется из условия равномерного движения трактора на горизонтальном поле с номинальной силой тяги на крюке и действительной скоростью движения в определенных почвенных условиях при допустимом буксовании

N_eH= , кВт,

Где _тр- механический КПД трансмиссии, учитывающий потери холостого хода;

_тр= _{х ц}^пц _к^пк;

_х= 0,96 – механический КПД трансмиссии, учитывающий потери холостого хода;

_ц, _к- механический КПД цилиндрической и конической пар шестерен

_ц=0,985; _к=0,975;

n_ц,n_к – число цилиндрических и конических пар шестерен, работающих на одной передаче.

До выполнения расчетов необходимо выбрать схему трансмиссии, ориентируясь на трактор-прототип.

3. Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.

3.1 Исходные данные:

Назначение двигателя – тракторный, автомобильный и т.п.

Номинальная эффективная мощность "N_е" кВт берется из пункта 2.

Частота вращения коленчатого вала "n" об/мин. Принимается по прототипу.

Тип двигателя – карбюраторный, дизельный, ротопоршневой, газовый и др.

Состав топлива и его теплота сгорания. Принимается по данным таблиц 2 и 3.

Для жидкого и твердого топлива сумма составляющих равна 1 кг., а для газообразных – 1 м³ или моль (иногда состав дается в %).

Таблица 2. Средний элементный состав бензинов, дизтоплив и их теплота сгорания

Жидкое топливо	Содержание, кг.
с	н	о	Низшая теплота сгорания, МДж/кг
Бензин	0,855	0,145	-	44,0
Дизельное топливо	0,870	0,126	0,004	42,5

Таблица 3. Средний состав газообразного топлива и его теплота сгорания

Газообразное топливо	Содержание, м^3 кмоль
Метан СН4	Этан С2Н6	Пропан С2Н8	Другие горючие компон.	Низшая теплота сгорания МДж/м^3
Природный газ	90,0	2,96	0,17	1,2	35,0
Пропан	-	-	-	-	85,5
Бутан	-	-	-	-	112,0

Примечание: для природного газа общая сумма не равна 100 %. Остальное составляют негорючие компоненты (азот и углекислый газ).

3.2 Степень сжатия " " зависит прежде всего от способа смесеобразования и рода топлива, а также от быстроходности двигателя, наличия наддува и др. Для современных карбюраторных двигателей степень сжатия находится в пределах 6...9 причем для двигателей легковых автомобилей ближе к верхнему пределу, а грузовых – нижнему. Для двигателей с воспламенением от сжатия

=14...18, в том числе двигатели с разделенными камерами имеют более высокую степень сжатия, а с наддувом более низкую.

3.3 Коэффициент избытка воздуха " ".

Для различных двигателей коэффициент избытка воздуха принимается:

Карбюраторные 0,85...0,98,

Дизели 1,30...1,60

Дизели с наддувом 1,30...2,2.

3.4 Параметры окружающей среды.

Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува

Р_о = 0,1 Мпа и Т_о = 293 К.

При расчете рабочего цикла двигателя наддувом за исходные принимаются давление "Р_к" и температура "Т_к" на выходе из компрессора, а при наличии промежуточного холодильника – за холодильником.

В зависимости от степени наддува принимаются следующие значения давления "Р_к" Мпа надувочного воздуха:

При низком наддуве..............................до 1,5 Р_о

при среденем надуве.............................(1.5...2,2) Р_о

_{ПРИ ВЫСОКОМ НАДДУВЕ..........................} свыше 2,2 Р_о

Температура воздуха за компрессором "Т_к"

где "n_к" – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре принимают:

для поршневых нагнетателей................... 1,4...1,6

для объемных нагнетателей..................... 1,55...1,75

для осевых и центробежных нагнетателей......... 1,4...2,0

Для газотурбинного наддува в автотракторных дизелях принимают последнее ближе к нижнему пределу.

3.5 Процессы впуска и выпуска (газообмена)

3.5.1 Давление в конце впуска «Р_а»

Р_а = (0,8…0,9)Р_о

более высокие значения у дизельных двигателей:

для двигателей с наддувом

Р_а = (0,90…0,96)Р_о

3.5.2 Температура подогрева свежего заряда при номинальном режиме работы двигателя

Для карбюраторных двигателей.....................-5...20⁰

Для дизелей без наддува..........................10...40⁰

Для дизелей с наддувом...........................(0)...(+10)

3.5.3 Давление остаточных газов Р_r

Р_r = (1,05…1,25) Р₀ – двигатели без наддува

Р_r = (0,75…0,98) Р_к – двигатели с наддувом и газовой турбиной на выпуске.

Большие значения «Р_r» принимаются для двигателей с высокой частотой вращения.

3.5.4 Температура остаточных газов Т_r; К

Карбюраторные двигатели................... 900…1100

Дизели.....................................600…900

Газовые двигатели...........................750…1000

Следует иметь ввиду, что при увеличении степени сжатия и обогащения рабочей смеси температура остаточных газов снижается, а при увеличении частоты вращения – возрастает.

3.5.5 Коэффициент остаточных газов " "

Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра

и без учета продувки и дозарядки

Для бензиновых и газовых двигателей без наддува..... 0,04...0,10

Для дизелей без наддува......................... 0,02...0,05.

При наддуве коэффициент остаточных газов несколько снижается.

Примечание: Здесь и ниже для двигателей без надува в формуле подставляются вместо Р_к и Т_к значения соответственно Р₀ и Т₀.

3.5.6 Температура в конце впуска "Т_а".

Для современных четырехтактных двигателей температура в конце впуска составляет:

Карбюраторные двигатели....................320...370 К

Дизели.................................... 310...350 К

Двигатели с наддувом........................ 320...400 К.

3.5.7 Коэффициент наполнения «» с учетом продувки и дозарядки

и без учета =1

Значения коэффициента, наполнения при работе двигателей с полной нагрузкой изменяются в пределах

карбюраторные двигатели................. 0,70…0,90

дизели без наддува....................... 0,80…0,94

дизели с наддувом........................0,80…0,97

3.6 Процесс сжатия

3.6.1 Показатель политропы сжатия " " принимается по прототипу или по номограмме (4, рис.25) откуда определяется показатель адиабаты К₁ в зависимости от " " и "Т_а" и тогда значение " " составит

для карбюраторных двигателей n₁= К₁-(0,00...0,04);

для дизелей n₁= К₁ 0,2

При определении n₁ необходимо учитывать, что большие значения относятся к высокооборотным двигателям.

3.6.2 Давление в конце сжатия, Мпа.

3.6.3 Температура в конце сжатия, К.

В таблице 4 приведены параметры конца сжатия.

Таблица 4. Значения "n₁"; "Р_с" и "Т_с" для различных двигателей

Двигатели	n1	Рс МПа	Тс К
Карбюраторные	С водяным охлаждением.	1,36...1,39	1,5...2.5	550...750
С воздушным охлаждением.	1,39...1,42	1,2...2,0	660...800
Газовые		1,37...1,39	1,2...2,0	650...750
Дизели	Без наддува с неохлажденным поршнем	1,35...1,42	3,0...5,0	800...950
С наддувом и охлажденным поршнем	1,32...1,37	5,5...9,00	700...1100

3.7 Количество и состав заряда до и после сгорания

3.7.1 Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива, в кг, кмоль.

кг воздуха/кг топлива

или

кмоль/1 кг топлива

3.7.2 Действительное количество воздуха израсходованного при сгорании 1 кг топлива, кмоль.

3.7.3 Количество свежего заряда, кмоль.

где

m_Т – молекулярная масса паров топлива, кг/моль.

Для автомобильных бензинов................ m_Т = 110...120

Для дизельных топлив...................... m_Т= 180...200

Величиной 1/ m_Т при определении М₁ для двигателей с воспламенением от сжатия обычно пренебрегают.

3.7.4 Количество остаточных газов, кмоль.

3.7.5 Количество газов в конце сжатия, кмоль.

М_с = М₁ + М_r

3.7.6 Количество продуктов сгорания, кмоль при

;

при

3.7.7 Количество газов в конце сгорания, кмоль

М_z =М₂ + М_r

3.7.8 Коэффициенты молекулярного изменения горючей и рабочей смесей

Величина изменяется в пределах:

Для карбюраторных двигателей 1,06...1,12

Для дизельных двигателей 1,03...1,06

3.8. Процесс сгорания

3.8.1 Теплоемкости газов. Величина теплоемкости зависит от температуры и давления тела, его физических свойств и характера процесса. Для расчетов рабочих процессов обычно пользуются средними молярными теплоемкостями при постоянном объеме и при постоянном давлении

+8,315 (кДж/кмоль.град)

Для определения средних молярных теплоемкостей используют справочные таблицы, графики для отдельных газов или приближенно эмпирические формулы

кДж/кмоль. К

Т_с – температура конца сжатия, К

Для продуктов сгорания при

и при

7.2. теплота, теряемая вследствие химической неполноты сгорания топлива при

(кДж/1 кг топлива)

7.3. Температура в конце сгорания.

Задаваясь коэффициентом использования теплоты / = 0,85...0,95 можно определить температуру конца сгорания в карбюраторном двигателе по уравнению:

и в дизельном двигателе по уравнению:

при этом - степень повышения давления.

Большие значения относятся к однокамерным дизелям.

Следует помнить, что зависят от температуры и при подстановке в уравнение всех членов получается квадратное уравнение типа

Решая его относительно Т_Z можно найти корни, один из которых и есть температура конца сгорания.

7.4. Давление в конце сгорания.

Карбюраторный двигатель

; Мпа

Дизельный двигатель

; Мпа

7.5. Степень предварительного расширения.

- называется степенью предварительного расширения. Для дизельного двигателя

Параметры конца сгорания приведены в таблице 5.

Таблица 5

Дата добавления: 2015-07-13