kontr1_2

Методические указания

квыполнению контрольных работ № 1 и № 2 по разделу «Конструкция, основы теории

ирасчета автотракторных двигателей» для студентов инженерных специальностей факультета заочного образования

Челябинск, 2007

Методические указания к выполнению контрольных работ №1 и №2
по разделу «Конструкция, основы теории и расчета автотракторных
двигателей»	курса	«Тракторы и			автомобили»		предназначены		для
студентов	инженерных			специальностей31130 «Механизация
сельского хозяйства» и 230100 «Сервис и техническая эксплуатация
транспортных и технологических машин и оборудования в сельском
хозяйстве»	факультета			заочного		образования		Челябинского
государственного агроинженерного университета (ЧГАУ).
В них даны рекомендации к изучению конструкции автотракторных
двигателей,	изложена		методика		расчета		рабочих	процессов		и
динамики кривошипно-шатунного механизма в ДВС.
Содержание	контрольных работ соответствует типовой программе
курса «Тракторы		и		автомобили» [1].		Выполняются		они	по
индивидуальным заданиям, оформляются по стандарту предприятия
[8] и имеют целью закрепление знаний студентов по разделу ДВС.

Составители:

Суркин В.И. докт.техн.наук, профессор Курчатов Б.В. канд.техн.наук, доцент Малышев А.Ф. канд.техн.наук, доцент

Ответственный за выпуск:

Суркин В.И. докт.техн.наук, профессор, зав.кафедрой “Тракторы и автомобили” ЧГАУ

Одобрено и рекомендовано к изданию методической комиссией факультета заочного образования

Челябинского Государственного агроинженерного университета

Печатается по решению редакционно-издательского совета ЧГАУ

Ó Челябинский государственный агроинженерный университет, 2007

2

ЗАДАНИЕ * к контрольным работам №1 и №2 по разделу ДВС

Студент(ка) _______________________________ (фамилия, инициалы)

Специальность _________________ курс _____ группа _______

Номер зачетной книжки _________ шифр задания ___________

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ **

Тип двигателя ___________________________________________

Марка двигателя		_______________
Мощность эффективная номинальная Ne, кВт			___________
Частота вращения коленвала номинальная n , об/мин			___________
Удельный эффективный расход топлива ge , г/кВт ч			___________
Угол поворота кривошипа φ, град.пов.коленвала			___________
Давление наддувочного воздуха рк , МПа			___________
Марка трактора, комбайна, автомобиля		_______________
Число и расположение цилиндров		_______________
Литраж, (Vh· i), л		_______________
Степень сжатия (ε)		_______________
Диаметр цилиндра (D), м		_______________
Ход поршня (S), м		_______________
Длина шатуна (L), м		_______________
Масса поршневого комплекта (mпк), кг		_______________
Масса шатуна в сборе (mш), кг		_______________
Тип смесеобразования	________________________________

*оформляется на отдельном листке бумаги формата А4 по приведенному образцу и вкладывается второй страницей(после титульного листа) комплекта выполненных и оформленных контрольных работ

**берутся из исходных данных(прилож.1), параметров заданных ДВС (прилож.2, 3) и технических характеристик их базовых прототипов [7]

3

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ,

решаемые в контрольных работах №1 и №2 по разделу ДВС курса «Тракторы и автомобили»

Контрольная работа № 1

1.Определение основных показателей заданного двигателя: крутящего момента; индикаторной мощности и мощности механических потерь; среднего эффективного, индикаторного

давления	и	давления	механических	потерь; часового	и
удельного индикаторного расходов топлива; эффективного,
индикаторного и механического КПД.
2. Определение		параметров	рабочего	цикла: д влений	и
температур газов в цилиндре в конце тактов впуска, сжатия,
сгорания,	расширения и		выпуска. Расчет	и построение
индикаторной диаграммы. Определение по ней величины
среднего индикаторного давления и ее сравнение с ранее
подсчитанным в п.1.

Контрольная работа № 2
1.	Построение схемы сил, действующих в КШМ одного цилиндра,
	и расчет их значений для заданного положения кривошипа.
2.	Расчет и построение графиков ,силдействующих			в КШМ
	одного цилиндра за рабочий цикл, в зависимости от угла
	поворота	кривошипа. Определение	среднего	значения
	тангенциальной силы за рабочий .циклРасчет величины
	крутящего момента двигателя и его сравнение с ранее
	подсчитанным в п.1 контрольной работы № 1.

1ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Всоответствии с типовой программой раздела«Конструкция,

основы теории и расчета автотракторных двигателей» курса «Тракторы и автомобили» [1] студенты инженерных специальностей 311300 и 230100 факультета заочного образования ЧГАУ изучают по автотракторным двигателям следующие темы:

1.конструкцию ДВС;

2.основы теории, расчета и анализа работы ДВС;

3.электрооборудование тракторов, автомобилей и комбайнов.

Темы 1 и 3 студенты изучают самостоятельно и сдают по ним зачет преподавателю. При их изучении рекомендуется пользоваться

4

типовой программой [1], методическими указаниями [2] и специальной литературой [3, 4, 5, 6].

По теме 2 выполняются контрольные работы №1 и №2, которые оформляются в соответствии со стандартом предприятия[8] и передаются одним комплектом для проверки на кафедру тракторов и автомобилей до начала экзаменационной сессии.

Изучение вышеперечисленных тем осуществляется в три этапа:

I.во время установочных лекций, когда студенту излагаются необходимые теоретические положения, даются методические советы по изучению курса и выполнению контрольных работ,

выдается задание по контрольным работам;

II.в межсессионный период при самостоятельном изучении студентом конструкции ДВС и автотракторного -электро оборудования, основ их теории и расчета, выполнении контрольных работ;

III.во время экзаменационной сессии, при прослушивании цикла обзорных лекций по наиболее трудным вопросам программы,

выполнении лабораторно-практических работ по снятию и
анализу	характеристик	автотракторных	двигателей	и	по
изучению их конструкции.
К сдаче	экзамена по	разделу ДВС	допускаются	,студенты

имеющие зачеты по конструкции двигателей и электрооборудованию, лабораторно-практическим занятиям (испытание ДВС) и контрольным работам №1 и №2.

Перечень основных вопросов, на которые можно ориентироваться при подготовке к экзамену, приведены в программе [1] и методических указаниях [8].

2 РЕКОМЕНДАЦИИ по изучению конструкции автотракторных двигателей

и электрооборудования

При изучении автотракторных двигателей и электрооборудования тракторов, автомобилей, комбайнов целесообразно придерживаться следующей методики:

1.Изучить назначение механизма(системы, узла, прибора);

2.Изучить типы механизмов(систем, узлов, приборов), применяющихся в автотракторостроении, их классификацию,

5

знать их сравнительную характеристику, преимущества и недостатки;

3.Изучить устройство и принцип действия механизма(системы, узла, прибора);

4. Изучить их основные эксплуатационные регулировки, операции по техническому обслуживанию, признаки и причины основных неисправностей.

Это относится прежде всего к кривошипно-шатунному газораспределительному механизмам, системам смазки, охлаждения, питания, зажигания и пуска, а также электрооборудованию, из которых состоит любой ДВС.

При изучении электрооборудования все приборы целесообразно разделить на три основные группы:

1.	Источники тока (генераторы, аккумуляторные батареи);
2.	Контрольно-измерительные				приборы		и	, прибо
	обслуживающие		источники		тока(амперметр,		сигнальные
	лампы), а	также		преобразователи		тока	и	напряжения
	(выпрямители, регуляторы напряжения);
3.	Потребители	тока.

Вкачестве базовых для изучения рекомендуются двигатели и электрооборудование, устанавливаемые на тракторах МТЗ-80, ДТ75М, Т-150К, К-701, Т-130М, на комбайнах «Колос» и «Нива», на автомобилях «Москвич» и КамАЗ-5320.

Втечение года студент может получить на кафедре необходимую консультацию очно (в дежурные субботы) или заочно (почтой).

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

3 Основные показатели двигателя и параметры рабочего цикла

При выполнении данной работы необходимо учитывать, что в ДВС выделяют три основных энергетических уровня показателей: индикаторные, эффективные и внутренних потерь.

Индикаторные показатели (с индексом i) характеризуют качество процесса сгорания в двигателе, то есть учитывают потери, которые имеются при преобразовании тепловой энергии сгоревшего топлива в механическую энергию, воспринимаемую днищем поршня.

Эффективные показатели (с индексом )е характеризуют двигатель в целом, то есть учитывают индикаторные и внутренние потери в двигатели при передаче энергии от поршня на маховик. С маховика энергия передается уже потребителю.

6

Внутренние или механические потери(с индексом мп) учитывают внутренние потери в двигателе и приводах вспомогательных механизмов (насосов, вентиляторов и т.д.).

Данные технической характеристики, которые имеются в инструкции по эксплуатации или описанию каждого двигателя, позволяют определить большинство его мощностных и экономических показателей на всех трех энергетических уровнях.

Перед выполнением контрольной работы необходимо подготовить и заполнить лист Задания, включающий информацию о самом студенте и исходные данные на заданный двигатель(только 4-х тактные ДВС), которые берутся из исходных данных(прилож.1), параметров ДВС (прилож.2, 3) и

технических характеристик их базовых прототипов [7].
В двигателях без наддува при расчете	рабочего цикла давлени
окружающей среды принимается равнымо =р 0,1	МПа, а температура
окружающая То = 298 К (в соответствии с ГОСТом).

3.1.Определение основных показателей двигателя

3.1.1.Эффективные показатели

Крутящий момент
	Мк = 9550 Ne /n, Н·м,									(3.1)
где Ne	-	эффективная мощность, кВт (прилож.1);
n	-	частота вращения коленвала, об/мин (прилож.1).
Среднее эффективное давление
	ре =		N e		× 30 × τ			, МПа,		(3.2)
				Vh		× i × n
где τ	-	коэффициент тактности двигателя
		(для 4-х тактных τ = 4, для 2-х тактных τ = 2);
Vh	-	рабочий объем цилиндра, л;								i - число цилиндров.
Эффективный КПД
				Q e	3600				,	(3.3)
	ηe =					=
				Q			H u	×g e
где Qe	-	количество тепла, эквивалентное эффективной работе
		двигателя, кДж;
Q	-	общее количество тепла, поступившее в двигатель при
		сгорании топлива, кДж;

7

Hu	-	низшая теплота сгорания топлива. определяется исходя
		их молекулярного состава топлива (для дизельных топлив
		Hu = 42.5 МДж/кг; для бензиновых Hu = 43.9 МДж/кг.
ge	-	удельный эффективный расход топлива, г/кВт·ч (прил.1).
Часовой расход топлива
	G T =		N e × ge	=	Ni × gi	, кг/ч,	(3.4)
					1000
		1000
где gi	-	удельный индикаторный расход топлива, г/кВт·ч.

3.1.2. Внутренние потери

Среднее давление механических потерь

Отнесенное к единице площади поршня, оно зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя, качества применяемого масла, качества поверхности трения и т..дОриентировочно его можно подсчитать по эмпирической зависимости:

	рмп = а + b · сп , МПа,					(3.5)
где сп	-	средняя скорость поршня, м/с (может быть подсчитана
а и b	-	по формуле: сп = 2·S· n/60, где S – ход поршня, м);
		эмпирические коэффициенты (их значения для различных
		типов двигателей приведены в табл. 3.1.).
		Значение коэффициентов а, b				Таблица 3.1.
Тип двигателя					Коэффициент
					а		b
Карбюраторные					0,049		0,0152
S / D≥1
S / D<1					0,039		0,0113
Дизель 4-тактных с неразделенными камерами					0,103		0,0118
сгорания
Мощность механических потерь
		N мп =	рмп × Vh ×i ×n	, кВт.		(3.6)
			30× τ

8

Механический КПД
	ηм =		Ne		=				Ne		(3.7)
			Ni					Ne	+ N
									мп
3.1.3. Индикаторные показатели
Среднее индикаторное давление
	рi = рe + рмп, МПа										(3.8)
Индикаторная мощность
	Ni = Ne + Nмп, кВт.										(3.9)
Индикаторный КПД
		Qi				ηe	,				(3.10)
	ηi =			=		ηм
		Q
где Qi	- количество тепла, эквивалентное индикаторной работе
	газов в цилиндре двигателя, кДж.

Удельный индикаторный расход топлива

3600

gi = Ни × ηi

для современных дизелей для карбюраторных двигателей для бензиновых с впрыском

, г/кВт·ч. (3.11)

gi = 170…220 г/кВт ч gi = 210…290 г/кВт ч gi = 180…230 г/кВт ч

Таблица 3.2.

Значение основных параметров современных ДВС

	Тип ДВС	ре,	рмп,	рi,	ηе	ηм	ηi
		МПа	МПа	МПа
	Дизель без наддува	0,70-	0,15-	0,70-	0,32-	0,70-	0,40-
		0,90	0,25	1,10	0,42	0,82	0,48
	Дизель с наддувом	0,80-	0,20-	0,80-	0,38-	0,80-	0,40-
		1,50	0,30	2,20	0,46	0,90	0,52
	Бензиновые	0,60-	0,15-	0,50-	0,25-	0,75-	0,28-
	карбюраторные	0,80	0,25	0,80	0,30	0,85	0,38
	Бензиновые с впрыском	0,60-	0,15-	0,60-	0,25-	0,80-	0,35-
		1,60	0,25	1,60	0,40	0,92	0,45

3.2. Определение параметров рабочего цикла

9

Для построения теоретической индикаторной диаграммы заданного двигателя необходимо вначале определить параметры рабочего , цикла представляющие собой значения давлений, температур и объема газов над поршнем (или хода поршня) в конце каждого расчетного такта [2, 4, 7].

3.2.1. Выпуск. Давление остаточных газов в цилиндре в конце выпуска зависит от конструктивных, эксплуатационных и других факторов и может быть ориентировочно определено по формуле:

	рr = po + pr , МПа,	(3.12)
где ро	- давление окружающей среды (ро = 0,1 МПа);
pr	- избыточное давление в цилиндре за счет гидравлического
	сопротивления выпускных трубопроводов, глушителя,
	газовой турбины (при наличии турбонаддува). Для
	лучшей очистки цилиндров от остаточных газов
	необходимо стремиться, к снижению этого давления.

При расчетах давление остаточных газов рr принимают равным:
	рr = (1,05…1,25) · ро	для двигателей без наддува;
	рr = (0,75…0,95) · рк	для двигателей с наддувом,
где рк -	давление наддувочного воздуха после компрессора
	(прилож.1), в общем случае для автотракторных ДВС
	рк = (1,4…2,0) · ро.
Значение температуры газов в		конце	выпуска		Тr также	выбирают
ориентировочно из интервалов: 700...900К			для	дизелей и900…1100К для
бензиновых	двигателей, причем	двигателю		с	наддувом	соответствуют

большие значения Тr .

Качество очистки цилиндров от остаточных газов в конце выпуска характеризуется коэффициентом остаточных газов ,γкоторый представляет собой отношение количества оставшихся в цилиндре газов к свежему поступившему заряду и определяется по формулам:

для двигателей без наддува			γ =	Т о +	Т			р r		;	(3.13)
				Т r
							× ε ××р a - рr
для двигателей с наддувом γ =				Тк +	Т			рr	,		(3.14)
				Тr	×		ε × рa - рr
где То	-	температура окружающей среды, К (То = 298К);
Тк	-	температура воздуха после компрессора (см.впуск), К;

ε- степень сжатия;

Т- подогрев свежего заряда во впускной магистрале, К.

Таблица 3.3. Основные параметры процесса выпуска современных ДВС

10