«Кафедра электрификации и механизации сельского хозяйства ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 110301 Механизация сельского хозяйства всех форм обучения ...»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сыктывкарский лесной институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный

лесотехнический университет им. С. М. Кирова»

(СЛИ)

Кафедра электрификации и механизации сельского хозяйства

ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 110301 «Механизация сельского хозяйства»

всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание Сыктывкар 2012 1 УДК 631.37 ББК 40. Т Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой электрификации и механизации сельского хозяйства Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде советом сельскохозяйственного факультета Сыктывкарского лесного института Составители:

кандидат технических наук В. И. Чудов, кандидат технических наук А. Н. Юшков, заведующий лабораторией Е. Н. Сивков, ведущий инженер Н. Р. Ахматгалеева Отв. редактор:

Кандидат геолого-минералогических наук Л. Л. Ширяева Т65 Тракторы и автомобили [Электронный ресурс] : учеб.-метод. комплекс по дисциплине для студ. спец. 110301 «Механизация сельского хозяйства» : самост. учеб. электрон. изд. / Сыкт. лесн. ин-т ; сост.: В. И. Чудов, А. Н. Юшков, Е. Н. Сивков, Н. Р. Ахматгалеева. – Электрон. дан. – Сыктывкар : СЛИ, 2012. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com. – Загл. с экрана.

В издании помещены материалы для освоения дисциплины «Тракторы и автомобили». Приведены рабочая программа курса, методические указания по различным видам работ.

УДК 631. ББК 40. _ Самостоятельное учебное электронное издание Составители: Чудов Валерий Иванович, Юшков Александр Николаевич, Сивков Евгений Николаевич, Ахматгалеева Нурания Рахимовна

ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ

Электронный формат – pdf. Объем 9,8 уч.-изд. л.

Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова» (СЛИ), 167982, г. Сыктывкар, ул. Ленина, 39, [email protected], www.sli.komi.com Редакционно-издательский отдел СЛИ © СЛИ, Чудов В. И., Юшков А. Н., Сивков Е. Н., Ахматгалеева Н. Р., составление,

СОДЕРЖАНИЕ

1 Рабочая программа дисциплины 2 Методические рекомендации по самостоятельной подготовке студентов 2.1 Методические рекомендации по самостоятельному изучению теоретического материала 2.2 Методические рекомендации по самостоятельной подготовке к лабораторным работам 2.3 Методические рекомендации по выполнению курсового проекта 2.4 Методические рекомендации по самостоятельной подготовке к выполнению контрольных работ 3 Контроль знаний студентов 3.1 Рубежный контроль 3.2 Примерный перечень вопросов к зачету 3.3 Примерный перечень вопросов к экзамену 4 Библиографический список 5 Приложение 1. Учебное пособие для выполнения курсовых проектов 6 Приложение 2. Сборник лабораторных работ 1. Рабочая программа

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ,

ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Цель: формирование у студентов знаний по конструкции, основам теории, расчётам и испытаниям тракторов и автомобилей, необходимых для эксплуатации этих машин в агропромышленном производстве.

В результате изучения дисциплины «Тракторы и автомобили» студент должен изучить конструкцию и регулировочные параметры основных моделей тракторов и автомобилей, а также теорию, режимы работы и технологические основы мобильных энергетических средств.

В результате системного усвоения дисциплины студент должен знать:

- основы теории и автомобиля, определяющие их эксплуатационно-технологические свойства;

- конструкцию и регулировочные параметры основных моделей тракторов, автомобилей и их двигателей;

- методику и оборудование для испытания тракторов, автомобилей и их систем;

- основные направления и тенденции совершенствования тракторов и автомобилей;

- требования к эксплуатационным свойствам тракторов и автомобилей.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь:

- выбирать тип трактора с техническими и конструктивными параметрами, соответствующими технологическими требованиями и условиями его работы в данном хозяйстве;

- эффективно использовать тракторы и автомобили в конкретных условиях с./х. производства;

- проводить испытания двигателей, тракторов, автомобилей, оценивать эксплуатационные показатели, проводить их анализ;

- выполнять регулирование механизмов и систем тракторов и автомобилей для обеспечения работы с наибольшей производительностью и экономичностью;

- выполнять основные расчёты и анализировать работу отдельных механизмов и систем тракторов и автомобилей;

- применять полученные знания для самостоятельного освоения новых конструкций тракторов и автомобилей.

Студент должен обладать навыками:

- управления основными энергетическими средствами;

- выполнения приёмов эксплуатационного технического обслуживания;

';

- самостоятельного анализа им оценки режимов работы мобильного энергетического средства.

Перечень дисциплин, способствующих изучению дисциплины «Тракторы и автомобили»

Для усвоения учебного материала по дисциплине «Тракторы и автомобили» студентам необходимо иметь прочные знания по общеобразовательным дисциплинам: «Материаловедение», «Сопротивление материалов», ТММ, «Теоретическая механика», «Гидравлика».

Дополнения к нормам Государственного образовательного стандарта высшего 1.4.

профессионального образования по направлению подготовки 660300 «Агроинженерия»

по специальности 110301 «Механизация сельского хозяйства»

Трудоёмкость – 202 часа, аудиторных занятий – 96 часов, самостоятельной работы – 106 часов.

Конструкции тракторов и автомобилей – двигатели, электрооборудование, шасси, гидравлическое, рабочее и вспомогательное оборудование, основы теории расчёта двигателей – циклы поршневых двигателей, испытания и характеристики двигателей, кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма, основы расчёта механизмов и систем двигателя; основы теории расчёта трактора и автомобиля – тяговый баланс трактора и автомобиля, энергетический баланс трактора, тяговая динамика трактора и автомобиля, управляемость и устойчивость трактора и автомобиля, технологические основы мобильных энергетических

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ, ПРИМЕРНЫЙ ОБЪЕМ В ЧАСАХ

1. Введение. Назначение, классификация и основные части тракторов и автомобилей…………………………………………………………………………………………….…. Введение. Цель, задачи и структура курса. Роль тракторов и автомобилей в энергетическом балансе страны в сельском хозяйстве. Задачи инженера – механика в процессе эксплуатации тракторов и автомобилей. Краткий исторический обзор развития тракторостроения и автомобилестроения. Роль отечественных и зарубежных учёных в области создания и развития конструкции тракторов и автомобилей и их эффективного использования. Состояние отечественного и мирового тракторостроения и автомобилестроения. Основные эксплуатационные свойства и тенденции совершенствования конструкций тракторов и автомобилей.

Назначение трактора автомобиля. Условия их работы в с.-х. производстве. Квалификация, основные части тракторов и автомобилей. Технологические требования к трактору и автомобилю при выполнении различных операций. Развитие компоновочных схем и технологического оборудования. Универсализация мобильных энергетических средств с.-х. назначения.

Кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм….............. Назначение механизма, применение кинематические схемы. Силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме. Конструкция и взаимодействие деталей кривошипношатунного механизма рядных V – образных двигателей и их сравнительный анализ. Базовые детали. Условия работы и конструкция деталей цилиндропоршневой группы, шатунов, деталей группы коленчатого вала, уравновешивающих механизмов. Применяемые материалы.

Технические условия на комплектацию. Разборка и сборка кривошипно-шатунного механизма. Основные неисправности и влияние технического состояния кривошипно-шатунного механизма на показатели двигателя. Техническое обслуживание механизма. Механизм газораспределения. Назначение и классификация механизмов. Конструкция и взаимодействие деталей. Диаграмма фаз газораспределения. Особенности сборки приводов. Условия работы и конструкция деталей клапанной группы. Назначение и конструкция декомпрессионного механизма.

Система питания и регулятор скорости двигателя…………………………………. Назначение классификация системы питания. Сравнительный анализ. Система подачи и очистки воздуха. Надув и охлаждение надувочного воздуха. Конструкция и работа воздухоочистителей, турбокомпрессоров, теплообменников. Система удаления отработанных газов.

Конструкция и условия работы глушителей, искрогасителей и выпускных газопроводов.

Система подачи и очистки топлива. Конструкция и работа топливных баков, фильтров и топливоподкачивающих насосов дизелей. Способы смесеобразования в дизелях и их сравнительная оценка. Формы и типы камер сгорания. Конструкция и работа форсунок. Конструкция и работа топливных насосов высокого давления рядного и распределительного типов, их сравнительный анализ. Техническое обслуживание, основные неисправности системы питания и влияние технического состояния на показатели работы. Смесеобразование в карбюраторном двигателе и понятия о составе смеси. Конструкция и работа карбюраторов. Устройство и системы карбюратора для работы на различных режимах.

Система смазки и охлаждения………………………………………………………….. Назначение и классификация смазочных систем. Сравнительный анализ. Конструкция и работа масляных насосов, фильтров, охладителей и контрольных приборов. Назначение, работа и регулировка клапанов. Техническое обслуживание, основные неисправности системы и влияние ее технического состояния на показатели надёжности двигателя. Основные тенденции развития смазочных систем.

Электрообрудование тракторов и автомобилей……………………….……………... Основные группы электрооборудования, их назначение и основные требования, предъявляемые к ним. Источники электрической энергии. Источники энергии. Автотракторные генераторы, их классификация. Конструкция и работа генераторов и реле-регуляторов, их испытание. Техническое обслуживание, основные неисправности и их устранение. Основное тенденции развития. Аккумуляторные батареи. Система электрического зажигания рабочей смеси в двигателях. Назначение, требования и классификация систем зажигания. Классическая система зажигания. Влияние на работу системы зажигания конструктивных и эксплуатационных факторов. Состав, принцип действия и работа электронных систем зажигания. Микропроцессорные системы зажигания и управления двигателем.

Система пуска……………………………………………………………………………... Электрический пуск двигателя. Назначение и требования, предъявляемые к электрическим стартерам, их классификация. Конструкция и работа стартеров с механическим и дистанционным включением. Конструктивные особенности дополнительных реле, переключателей, реле блокировки. Испытание системы электрического пуска. Техническое обслуживание, неисправности и их устранение. Монтажные схемы систем электрического пуска автомобильного, тракторного и комбайного двигателя, их сборка и проверка работоспособности.

Трансмиссия тракторов и автомобилей………………………..………………………….. Применяемость механических, гидравлических и комбинированных трансмиссий; назначение основных сборочных единиц. Особенности трансмиссий современных автомобилей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин. Фрикционные муфты сцепления, их классификация, основные показатели эффективности и недостатки. Конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание фрикционных муфт сцепления и механизмов их привода. Механические коробки передач, их классификация, кинематические схемы, условия работы, конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание. Коэффициент блокировки дифференциала. Классификация, устройство, преимущества и недостатки дифференциалов повышенного трения. Механизмы блокировки дифференциала. Конечные передачи, их назначение и конструктивные особенности.

Полуоси. Конструктивные особенности управляемых ведущих мостов. Шарниры равных углов скоростей.

Ходовая часть тракторов и автомобилей………………………………………..……… Ходовая часть, её назначение и классификация. Конструктивные схемы остова рамы, кузова, балок мостов, подвески движителей. Ходовая часть колёсных тракторов, её конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание. Ходовая часть грузовых автомобилей, ее конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание. Конструктивные особенности ходовой части легковых автомобилей. Шины, их назначение, условия работы, основные свойства, классификация, конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание. Понятие о циркуляции мощности, коэффициент сцепления, сопротивления качению и увода. Ходовая часть гусеничных тракторов, условия ее работы, свойства, конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание. Влияние конструкции и технического состояния трансмиссии и ходовой части на основные свойства трактора и автомобиля. Механизмы поворота колёсных тракторов и автомобилей, их классификация и кинематические схемы. Необходимость применения гидроусилителей. Углы наклона шкворней, развал и сходимость направляющих колёс. Рулевые приводы и рулевые механизмы, условия их работы, конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание. Особенности механизмов поворота колёсных тракторов с шарнирной рамой. Механизмы поворота гусеничных тракторов, их классификация, принцип действия, кинематические схемы, преимущества и недостатки. Конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание планетарных механизмов поворота и бортовых фрикционов. Торможение гусеничных тракторов. Тормозные механизмы. Их назначение, основные свойства и конструктивные схемы. Понятия служебного и экстренного торможения, рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной тормозной систем, потери управляемости и устойчивости при торможении.

Назначение, конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание трансмиссионных и колёсных тормозных механизмов. Регулировка подшипников ступиц колёс и колёсных тормозных механизмов.

Рулевое управление тракторов и автомобилей……………………………………….. Рулевое управление колёсных тракторов и автомобилей. Назначение и классификация. Требования. Способы поворота. Углы установки управляемых колёс. Передняя ось, поворотные цапфы и механизм привода. Механизмы поворота трактора с шарнирной рамой. Управление поворотом гусеничных тракторов. Способы поворота. Конструкция и работа механизмов поворота. Регулирование механизмов.

Тормозные системы автомобилей и колёсных тракторов…………………………. Тормозное управление тракторов и автомобилей. Назначение и классификация. Конструкция и работа тормозных систем тракторов, автомобилей и прицепов. Привод тормозов. Антиблокировочные и противобуксовочные системы. Неисправности, техническое обслуживание и регулировка механизмов управления.

Рабочее оборудование тракторов и автомобилей...……………………………………. 10.

Механизмы переноса поступательного движения тракторов. Механизм навески, его назначение, двух- и трёхточечная схемы, устройство и регулировки. Механический догружатель ведущих колёс. Автосцепка. Прицепные и буксирные устройства. Механизмы оборота мощности, их назначение, кинематические схемы, зависимый, полузависимый и независимый приводы, конструктивные особенности, основные неисправности и техническое обслуживание.

Приводной шкив, его назначение и расположение на тракторе, конструкция и техническое обслуживание. Рабочее оборудование грузовых автомобилей. Бортовые механизмы предварительного подъёма и опрокидывания кузова самосвалов; цистерны, фургоны, специальные и специализированные кузова. Буксирное и седельное устройства. Лебедка. Привод технического оборудования специальных автомобилей сельскохозяйственного назначения. Кабина.

Рабочее место водителя. Требования по условию обзорности, шумности, вибрациям, загазованности. Органы управления и контроля, подвеска сиденья. Отопитель кабины, вентилятор, кондиционер. Устройства для наблюдения за рабочими органами агрегатируемых орудий.

Охрана труда, техника безопасности и противопожарные мероприятия при работе на автомобилях, тракторах и самоходных сельскохозяйственных машинах.

Теоретические и действительные циклы двигателей………………………………. 11.

Процессы газообмена – выпуск, впуск, расчёт основных показателей. Коэффициент остаточных газов и наполнения. Эксплуатационные и конструктивные факторы, определяющие эффективность газообмена. Влияние степени сжатия на показатели двигателя. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на процесс сжатия. Расчёт показателей процесса сжатия. Процесс сгорания и его фазы. Сгорание и тепловыделение в дизелях. Анализ влияния эксплуатационных и конструктивных факторов на процесс сгорания в дизелях. Расчёт показателей процесса в дизелях. Жёсткость процесса сгорания. Сгорание и тепловыделение в ДВС с искровым зажиганием, его фазы. Анализ влияния эксплуатационных и конструктивных факторов на процесс сгорания в карбюраторных двигателях. Расчёт показателей процесса в карбюраторных двигателях. Детонация и калильное зажигание. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на процесс расширения. Расчёт показателей процесса расширения. Влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на показатели двигателя.

Расчёт индикаторных и эффективных показателей, определение механических потерь.

Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма………………...…... 12.

Силы, действующие в двигателе. Соотношение сил в КШМ. Соотношение сил в КШМ за рабочий цикл в одно- и многоцилиндровых двигателях. Расчёт сил и моментов, действующих в КШМ. Способы снижения неравномерности частоты вращения и момента на различных режимах работы двигателя.

Уравновешивание двигателей……………………………………………….………….... 13.

Уравновешивание ДВС. Практическая уравновешенность. Способы уравновешивания рядных одно-, двух-, трёх- и четырёхцилиндровых V-образных ДВС.

Альтернативные виды топлива. Применение газотурбинного надува высокого давления. Регулируемый наддув. Улучшение характеристик двигателя за счет конструктивных особенностей и новых материалов.

Испытание двигателей…………………………………………………………………..... 15.

Понятие об устойчивой работе двигателя. Фактор устойчивости. Типы регуляторов. Характеристики и показатели регуляторов. Влияние изменения в процессе характеристик топливного насоса и регулятора на показатели работы двигателя. Внешние и частичные характеристики двигателей. Применение частичных режимов двигателя в эксплуатационных условиях.

Расчёт возможной экономии топлива при условии ограничения рабочих скоростей при карбюраторном двигателе и дизеле.

Теория трактора и автомобиля……………………………………..………………..…. 16.

Физико – механические свойства почвы и шины. Качение ведомого колеса, коэффициент сопротивления качению. Работа ведущего колеса. Сцепление, буксование, КПД. Работа гусеничного движителя. Кинематика. Силы, действующие в гусенице, КПД. Тяговый и энергетический баланс трактора. Тяговая динамика трактора. Тяговая динамика автомобиля. Тяговый КПД. Тормозная динамика автомобиля. Торможение двигателя. Проходимость: профильная, опорно – сцепная, агротехническая,. Её показатели. Тяговые свойства полноприводных машин. Роль дифференциала. Плавность хода. Статическая устойчивость машин. Устойчивость продольная, поперечная, от опрокидывания и от сползания, от заноса.

Испытание тракторов…………………………..……………………………………..….. 17.

Стендовые испытания. Тяговые испытания.

Тенденция развития мобильных энергетических средств………………………….... 18.

Альтернативные виды топлива для мобильных энергетических средств. Новые технологии и материалы, применяемые при конструировании мобильных энергетических средств.

1. Стенды и приборы для испытаний топливной аппаратуры 2. Содержание стендовых испытаний ДВС.

3. Методика снятия регулировочной характеристики ТНВД по изменению давления начала впрыскивания топлива форсункой 4. Методика снятия регулировочной характеристики дизельного двигателя по установочному углу опережения впрыскивания топлива 5. Методика снятия регулировочной характеристики двигателя с искровым зажиганием по углу опережения зажигания 6. Методика снятия нагрузочной характеристики ТНВД 7. Методика снятия нагрузочной характеристики дизельного двигателя 8. Методика снятия нагрузочной характеристики двигателя с искровым зажиганием 9. Методика снятия скоростных характеристик ТНВД 10. Методика снятия скоростных характеристик дизельного двигателя 11. Методика снятия регуляторной характеристики дизельного двигателя 12. Методика снятия скоростных характеристик двигателя с искровым зажиганием 13. Cкоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием (регулятор выключен) 14. Испытание и регулировка форсунок по давлению начала впрыскивания 1. Тяговый расчёт автомобиля ……………………………………………………….. 6 часов 2. Тяговый расчёт трактора…………………………………………………………….6 часов 3. Расчёт трансмиссии автомобиля……………………………………………………..4 часа 4. Расчёт трансмиссии трактора………………………………………………………...4 часа 5. Поверочный расчёт тормозных систем ………………………………………………4 часа 6. Ходовая часть тракторов и автомобилей.…………………………………………….4 часа 7. Кинематика и динамика КШМ………………………………………………………...4 часа Самостоятельная работа и контроль успеваемости студентов Проработка лекционного материала по конспекту и учебТест ной литературе Подготовка к практической работе Подготовка к зачёту Проработка лекционного материала по конспекту и учебТест ной литературе Изучение вопросов тем, не охваченных лекционным курКО Текущая успеваемость студентов контролируется опросом по выполнению лабораторных работ (ОЛР), фронтальным опросом текущего материала (ФО) и выступлениями их на практических занятиях и проверкой индивидуальным контрольным опросом (КО). Итоговая успеваемость определяется на экзамене.

ция и основные части тракторов и автомобилей газораспределительный механизм сти двигателя колёсных тракторов автомобилей циклы двигателей но-шатунного механизма энергетических средств Подготовка к контрольной работе Подготовка к зачёту кация и основные части тракторов и автомобилей и газораспределительный механизм рости двигателя автомобилей автомобилей и колёсных тракторов и автомобилей циклы двигателей шипно-шатунного механизма двигателя энергетических средств Выполнение контрольной работы 2. Рекомендации по самостоятельной подготовке студентов самостоятельному изучению теоретического материала Самостоятельная работа студентов по изучению отдельных тем дисциплины включает поиск и систематизацию учебных материалов по дисциплине, переработку и освоение материала, самоконтроль знаний по данной теме с помощью перечисленных вопросов и заданий.

1. Введение. Назначение, классификация и 1.Как классифицируются с./х. тракторы по основные части тракторов и автомобилей. назначению.

2. Кривошипно-шатунный механизм и газо- 1.Назовите назначение кривошипнораспределительный механизм. шатунного механизма.

4. Система смазки и охлаждения 1.Назначение и классификация смазочных 5. Электрооборудование тракторов и автомо- 1.Основные группы электрооборудования, 7. Трансмиссия тракторов и автомобилей. 1. Схемы трансмиссий и их сравнительный 8. Ходовая часть тракторов и автомобилей. 1. Назовите основные элементы ходовой части колёсных тракторов.

9. Рулевое управление тракторов и автомоби- 1. Назначение и классификация рулевого 10. Тормозные системы автомобилей и ко- 1. Назначение и классификация тормозных 11. Рабочее оборудование тракторов и авто- 1. Перечислите назначения и классификацию 12. Теоретические и действительные циклы 1. Что замкнутые теоретические циклы.

13. Кинематика и динамика кривошипно- 1. Перемещение поршня 14. Уравновешивание двигателей. 1. Уравновешивание одноцилиндровых и 15. Основные направления развития двигате- 1. Расширение использования дизелей 16. Испытание двигателей. 1. Назначение и виды испытания двигателей 17. Теория трактора и автомобиля. 1. Эксплуатационные качества и свойства 18. Испытание тракторов. 1. Методы экспериментальной оценки тяговых показателей трактора 19. Тенденция развития мобильных энергети- 1. Повышение энергонасыщенности тракточеских средств. ров и себестоимость автомобильных перевозок 2.2. Методические рекомендации по самостоятельной подготовке 1. Назовите основные показатели, определяющие работоспособность фрикционной муфты сцепления машины.

сцепления 2. Анализ передаточного отноше- ступенчатых коробок передач?

ния коробки передач 3. Произведите проверку диапазона тракторных скоростей 3. Поверочный расчет гидроприВ чем особенность расчета гидравлического привода навода навесного устройства 4. Поверочный расчет тормозного 3. Какие системы тормозов имеют современные автомобимеханизма ли?

5. Произведите поверочный расчет тормозной системы автомобиля (по заданию преподавателя).

5. Определение базы, ширины ко- 1. Для чего необходимо знать линейные размеры трактора леи, координат центра масс, ве- (база, колея, координаты центра масс)?

совых параметров трактора и дав- 2. Что понимают под эксплуатационным и сцепным весом плугом ПЛН-3-35. Формула расчета колеи пахотного агрегата на базе универсально-пропашного трактора:

7. Определение коэффициентов сопротивления воздуха и качеесли известен коэффициент сопротивления качения?

нию автомобиля 2.3. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта Курсовое проектирование является очередным этапом обучения студентов и имеет цель: систематизацию, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности и применение этих знаний при решении конкретных научных, технических, экономических и производственных задач; развитие навыков выполнения самостоятельной работы и овладение методикой исследования и экспериментирования при решении разрабатываемых в курсовой работе вопросов; выявление подготовленности студентов для самостоятельной работы в условиях современного производства и рыночных отношений. При этом необходимо учитывать требования совершенствования технического прогресса, научной организации труда. Управления производством, направленные на повышение экономической эффективности разрабатываемых технических средств и технологических процессов.

В курсовой работе рассчитываются основные параметры и характеристики трактора и автомобиля, проводится оценка влияния на их тягово-скоростные, топливо-экономические и другие показатели конструктивных и эксплуатационных факторов. Курсовая работа может также выполняться по тематике научно-исследовательского характера, связанной с анализом и обоснованием способов повышения эксплуатационных свойств сельскохозяйственных тракторов и автомобилей.

Структура курсовой работы 1. Оценка основных эксплуатационных свойств трактора.

1.1.Расчет скоростной характеристики двигателя.

1.2.Построение теоретической тягово-скоростной характеристики трактора.

1.3.Оценка тягово-скоростных свойств, устойчивости, агротехнической проходимости трактора.

2. Оценка основных эксплуатационных свойств автомобиля.

2.1. Тягово-динамический расчет автомобиля.

2.2.Построение динамического паспорта.

2.3.Расчет топливной экономичности.

2.4.Оценка разгонно-тормозных свойств, устойчивости и грузовместимости автомобиля.

Курсовая работа включает два раздела:

1. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя;

2. Расчёт и анализ тяговой характеристики.

Расчёт и анализ тяговой характеристики содержит 6 заданий:

- расчёт рабочего цикла и основных показателей двигателя;

- определение параметров топливной аппаратуры и угла опережения зажигания (впрыскивания);

- использование частичных режимов работы двигателя;

- кинематический и динамический расчёт двигателя;

- определение износа шейки коленчатого вала;

- определение режима пуска двигателя.

Студенты выполняют 4 задания из первого раздела и второй раздел полностью.

1. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЗИД-4,5.

2. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя УД-2.

3. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя Д-21А.

4. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя Д-144.

5. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя Д-65Н.

6. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ВАЗ-2101.

7. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ВАЗ-2106.

8. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ГАЗ-24.

9. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЗМЗ-53.

10. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЗиЛ-130.

11. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЗиЛ-133.

12. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя Д-37Е.

13. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя Д-240.

14. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя Д-245.

15. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя СМД-14.

16. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя СМД-21.

17. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя СМД-60.

18. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя СМД-64.

19. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя А-01.

20. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя А-01М.

21. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЯМЗ-236.

22. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЯМЗ-238.

23. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЯМЗ-240БМ.

24. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя КамАМ-740.

25. Расчёт и анализ технических и эксплуатационных показателей двигателя ЯМЗ-842.

1. Трактора Т-16М.

2. Трактора Т-25А.

3. Трактора Т-40АМ.

4. Трактора ЛТЗ-55А.

5. Трактора ЛТЗ-60.

6. Трактора МТЗ-80.

7. Трактора МТЗ-82.1.

8. Трактора ЮМЗ-6АЛ.

9. Трактора Т-150.

10. Трактора Т-150К.

11. Трактора ДТ-75МВ.

12. Трактора Т-4А.

13. Трактора К-701.

14. Трактора Т-130.

2.4. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ студентам В межсессионный период студент должен выполнить две контрольные работы:

В 1КР надо выполнить схему контрольных заданий (п.п. 3.1.1) и решить задачу;

Во 2 КР надо ответить на вопросы (п.п. 3.1.2.).

1. Выполните схему тормозной системы автомобиля с гидравлическим приводом и расскажите, как работает эта система.

2. Выполните схему тормозной системы трактора с пневматическим приводом и расскажите, как работает эта система.

3. Выполните схему трансмиссии автомобиля, укажите название и назначение отдельных ее механизмов.

4. Выполните схему, опишите назначение, устройство и работу коробки передач.

5. Выполните схему дифференциала и объясните его назначение, устройство и работу.

6. Выполните схему трансмиссии трактора, укажите название и назначение отдельных ее механизмов.

7. Выполните схему муфты сцепления, укажите название и назначение основных ее частей.

8. Выполните схему заднего моста автомобиля, укажите название и назначение отдельных его частей.

9. Выполните схему коробки передач и объясните ее назначение, и работу.

10. Выполните схему заднего моста трактора, укажите название и назначение основных ее частей.

11. Определите силу тяги трактора на крюке для следующих условий: мощность, развиваемая двигателем, Ne = 122 кВт; тяговый КПД трактора Г|тяг = 0,65; теоретическая скорость движения VT = 9 км/час; коэффициент буксования 5 = 0,04.

12. Определите баланс мощности трактора для следующих условий: масса трактора 8000 кг;

мощность, развиваемая двигателем, Ne = 110 кВт; теоретическая скорость движения VT = 7, км/час; коэффициент буксования 5 = 0,05; КПД трансмиссии г|тр = 0,85; коэффициент сопротивления перекатыванию f = 0,07; трактор движется равномерно по ровной местности, не используя вал отбора мощности.

13. Определите удельный расход топлива на единицу тяговой мощности для следующих условий: трактор развивает силу тяги Ркр = 20000 Н; теоретическая скорость движения Vr = 6, км/час; коэффициент буксования 5 = 0,06; часовой расход топлива G4 = 12 кг/ч.

14. Определите силу тяги трактора на крюке и удельный расход топлива на единицу тяговой мощности для следующих условий: мощность, развиваемая двигателем, Ne = 30 кВт; тяговый КПД трактора г|тяг = 0,7; действительная скорость движения Уд = 8,5. км/ч; удельный расход топлива двигателем ge = 260 г/кВт-ч.

15. Определите потери мощности в трансмиссии трактора и на буксование для следующих условий: мощность, развиваемая двигателем, Ne = 55 кВт; КПД трансмиссии г|тр = 0,85; коэффициент буксования 8 = 0,05.

16. Определите силу тяги трактора на крюке и для следующих условий: мощность развиваемая двигателем, Ne = 66 кВт; тяговый КПД трактора Г| = 0,75; действительная скорость движения Уд = 7,5. км/ч.

тяг 17. Определите баланс мощности трактора для следующих условий: масса трактора 3000 кг;

мощность, развиваемая двигателем, Ne = 37 кВт; действительная скорость движения Уд = км/час; КПД трансмиссии г|тр = 0,9; коэффициент сопротивления перекатыванию f = 0,08;

коэффициент буксования 8 = 0,04; трактор движется равномерно по ровной местности, не используя вал отбора мощности.

18. Определите тяговую мощность трактора и часовой расход топлива для следующих условий: трактор развивает силу тяги Ркр = 22000 Н; теоретическая скорость движения VT = км/ч.; коэффициент буксования 8 = 0,04; тяговый КПД трактора г|тяг = 0,65; удельный расход топлива двигателем ge = 265 г/кВт-ч.

19. Определите часовой расход топлива для следующих условий: трактор развивает тяговое усилие Ркр = 25000 Н; теоретическая скорость движения VT = 5 км/ч.; коэффициент буксования 8 = 0,03; удельный расход топлива на единицу тяговой мощности gKp = 367 г/кВт-ч.

20. Определите тяговую мощность трактора и удельный расход топлива на единицу тяговой мощности для следующих условий: трактор развивает силу тяги Ркр = 11000 Н; действительная скорость движения Уд = 8 км/ч.; удельный расход топлива двигателем ge = г/кВт-ч.; тяговый КПД трактора Т1ТЯГ = 0,65;

3.1.2. Контрольные вопросы проверки остаточных знаний 1. Процесс впуска. Влияние различных факторов на наполнение цилиндра и эксплуатационные показатели двигателя.

2. Фазы процесса сгорания. Их влияние на основные свойства двигателя.

3. Нарушения процесса сгорания, их характерные признаки и способы устранения.

4. Индикаторные показатели ДВС.

5. Эффективные показатели ДВС.

6. Влияние различных факторов на индикаторные и эффективные показатели ДВС.

7. Показатели и методы определения дымности и токсичности ОГ.

8. Преимущества и недостатки различных способов смесеобразования в дизелях.

9. Характеристики простейшего, идеального и реального карбюраторов.

10. Процессы впрыскивания и распыливания топлива.

11. Способы регулирования и виды регуляторов ДВС.

12. Силы и моменты, действующие в КШМ.

13. Уравновешивание ДВС. Способы уравновешивания.

14. Особенности кинематики дезаксиального КШМ.

15. Расчетные режимы основных деталей ДВС.

16. Алгоритм расчета на прочность деталей ДВС.

17. Виды расчетов основных деталей КШМ и ГРМ.

18. Тепловой баланс двигателя.

19. Особенности расчета систем жидкостного и воздушного охлаждения ДВС.

20. Обоснование пределов масляного зазора в подшипниках коленчатого вала.

21. Методика расчета пусковых систем.

22. Перспективы развития двигателестроения.

23. Перспективы применения альтернативных видов топлив.

24. Назначение стендовых испытаний. Характеристики ДВС.

25. Методика снятия и анализ регулировочных характеристик ДВС и ТНВД.

26. Методика снятия и анализ нагрузочных характеристик ДВС и ТНВД.

27. Методика снятия и анализ скоростных характеристик ДВС и ТНВД.

28. Требования к современной ТПА дизелей. Влияние износов деталей ТПА на показатели работы ДВС.

29. Влияние регулировок ТПА на показатели работы ДВС.

30. Способы форсирования ДВС.

3.2. Примерный перечень вопросов для подготовки к зачету 1. Каковы условия интенсивного использования и современные тенденции развития тракторов и автомобилей?

2. Эксплуатационные свойства тракторов и автомобилей. Измерители этих свойств.

3. Тягово -скоростные свойства тракторов.

4. Скоростность автомобилей.

5. Проходимость тракторов.

6. Проходимость автомобилей.

7. Агрегатируемость тракторов.

8. Вместимость автомобилей.

9. Безвредность тракторов.

10. Безвредность автомобилей.

11. Топливная экономичность тракторов.

12. Топливная экономичность автомобилей.

13. Поворачиваемость автомобилей.

14. Поворачиваемость тракторов.

15. Продольная устойчивость тракторов и автомобилей.

16. поперечная устойчивость тракторов и автомобилей.

17. Устойчивость автомобилей против, заноса.

18. Тормозные свойства автомобилей.

19. Плавность хода тракторов и автомобилей.

20. Удобство использования тракторов.

21. Удобство использования автомобилей.

22. Какая связь ведущего момента по двигателю с крутящим моментом двигателя?

23. С какой целью и какими способами изменяют передаточное число трансмиссии?

24. От каких факторов зависит значение ведущего момента при установившемся движении трактора?

25. Механический КПД трансмиссии.

26. Тяговый баланс трактора.

27. Анализ дифференциального уравнения движения автомобиля.

28. Физико-механические свойства почвы.

29. Физико-механические свойства пневматической шины.

30. Работа ведомого колеса.

31. Работа ведущего колеса.

32. Кинематический радиус и буксование ведущего колеса.

33. КПД ведущего колеса.

34. Определение нормальных реакций дороги на передние и задние колеса трактора.

35. Особенности кинематики гусеничного движителя.

36. Динамика гусеничного движителя.

37. Сопротивление перекатыванию и буксование гусеничного движителя.

38. Распределение нормальных реакций почвы по длине гусеничного движителя.

39. Внешние силы и моменты, действующие на гусеничный трактор.

40. Мощностной баланс трактора и его анализ.

41. Тяговый КПД трактора и его анализ.

42. Построение и анализ расчетной тяговой характеристики трактора.

43. Анализ теоретической диаграммы разгона тракторного агрегата.

44. Особенности общей динамики автомобиля.

45. Динамический фактор автомобиля. По какой зависимости его определяют при установившемся и неустановившемся движениях?

46. Тяговый расчет автомобиля.

47. Динамическая характеристика трактора и автомобиля и ее анализ.

48. Разгон автомобиля.

49. Тормозная динамика автомобиля.

50. Способы торможения и измерители тормозных свойств.

51. Торможение с отъединенным двигателем.

52. Торможение двигателем.

53. Влияние бокового увода на управляемость машины.

54. стабилизация управляемых колес.

55. Автомобильные подвески, их анализ и характеристики.

56. Основные сведения о колебаниях тракторов и автомобилей. Уравнения колебаний машины.

57. Способы определения центра тяжести трактора.

58. Кинематический расчет различных трансмиссий.

59. Расчет ходовой части тракторов и автомобилей.

60. Выбор параметров фрикционных муфт.

61. расчет тормозных систем.

62. Методика расчета гидропривода навесного устройства трактора. 63.Методика испытаний тракторов.

64. Методика тяговых испытаний тракторов.

65. Методика определения коэффициентов сопротивления качению и воздуха автомобиля.

66. Аппаратура, применяемая для тяговых испытаний тракторов, их тарировка.

67. Обработка полученных результатов при тяговых испытаниях тракторов.

68. Методика испытаний автомобилей 3.3. Примерный перечень вопросов для подготовки к экзамену 1. Действительные циклы в поршневых ДВС. Общие положения. Их отличие от теоретических. Причины отличий.

2. Индикаторные диаграммы действительного цикла 4-х тактного дизеля без наддува.

3. Особенности индикаторных диаграмм и действительного рабочего цикла 4-х тактного ДВС с искровым зажиганием. Циклы двухтактных ДВС.

4. Процесс впуска. Параметры, влияющие на наполнение цилиндра. Давление и температура в конце впуска.

5. Процесс сжатия. Определение параметров рабочего тела в конце сжатия.

6. Процесс сгорания. Виды сгорания.

7. Сгорание и тепловыделение в дизеле. Пути повышения эффективности рабочего цикла.

8. Сгорание и тепловыделение в ДВС с искровым зажиганием. Нарушения процесса сгорания.

9. Процессы расширения и выпуска.

10. Индикаторные показатели рабочего цикла ДВС.

11. Пути форсирования ДВС.

12. Механические потери и эффективные показатели работы ДВС.

13. Влияние различных факторов на индикаторные показатели ДВС.

14. Влияние различных факторов на механические потери и эффективные показатели ДВС. Пути повышения долговечности ДВС.

15. Показатели износостойкости ДВС. Способы снижения износов.

16. Показатели и методы определения токсичности ДВС. Способы снижения токсичности.

17. Определение размеров и удельных параметров двигателей.

18. Тепловой баланс и теплонапряженность деталей двигателя. Пути повышения эффективности и экономичности ДВС.

19. Стендовые испытания ДВС и ТА. Виды и назначение испытаний.

20. Характеристики двигателей. Назначение и классификация характеристик. Термины, применяемые при стендовых испытаниях.

21. Методика снятия и анализ регулировочных характеристик ДВС и ТА.

22. Методика снятия и анализ нагрузочных характеристик ДВС и ТА.

23. Методика снятия и анализ скоростных характеристик ДВС и ТА.

24. Методика снятия и анализ регуляторных характеристик ДВС и ТА. Многопараметровые характеристики.

25. Требования, предъявляемые к ТА современных дизелей.

1. Тракторы и автомобили [Текст] : учеб. пособие для студ. направления бакалавриата 250100 "Лесное дело" и спец. 110301 "Механизация сельского хозяйства", 190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство" всех форм обучения / В. И. Чудов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Сыкт. лесн. ин-т (фил.) ФГБОУ ВПО С.-Петерб. гос. лесотехн. ун-т им. С. М. Кирова, Каф. автомоб. и автомоб. хоз-ва. – Сыктывкар : СЛИ, 2011. – 132 с.

Дополнительная учебная, учебно-методическая литература 1. Автомобили [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов по спец. 150200 "Автомобили и автомобильное хозяйство" / А. В. Богатырев [и др.] ; под ред. А. В. Богатырева. – Москва :

КолосС, 2004. – 496 с. – (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

2. Болотов, А. К. Конструкция тракторов и автомобилей [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по агроинж. спец. / А. К. Болотов, А. А. Лопарев, В. И. Судницын ;

Междунар. ассоц. "Агрообразование". – Москва : КолосС, 2006. – 352 с.

3. Болотов, А. К. Конструкция тракторов и автомобилей [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по агроинженерным спец. / А. К. Болотов, А. А. Лопарев, В. И.

Судницын. – Москва : КолосС, 2008. – 352 с.

4. Кутьков, Г. М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства [Текст] : учеб. для студ. вузов, обучающихся по спец. 311300 "Механизация сельского хозяйства" / Г.

М. Кутьков. – Москва : КолосС, 2004. – 504 с. – (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

5. Сельскохозяйственная техника и технологии [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по спец. 110303 "Механизация переработки сельскохозяйственной продукции" / И. А. Спицын, А. Н. Орлов, В. В. Лященко ; под ред. И. А. Спицына. – Москва :

КолосС, 2006. – 647 с. – (Международная ассоциация "Агрообразование").

6. Силаев, Г. В. Тракторы и автомобили с основами технической механики [Текст] :

учеб. для студ. вузов, обучающихся по спец. 260400 "Лесное хозяйство" направления подготовки дипломированных специалистов "Лесн. хоз-во и ландшафтное строительство" / Г. В.

Силаев ; М-во образования Рос. Федерации, Моск. гос. ун-т леса. – Москва : МГУЛ, 2003. – 374 с.

7. Тракторы и автомобили [Электронный ресурс] : учеб. пособие для студ. направления бакалавриата 250100 "Лесное дело" и спец. 110301 "Механизация сельского хозяйства", 190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство" всех форм обучения : самост. электрон.

изд. / В. И. Чудов ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Сыкт. лесн. ин-т (фил.) ФГБОУ ВПО С.-Петерб. гос. лесотехн. ун-т им. С. М. Кирова, Каф. автомоб. и автомоб. хозва. – Электрон. текстовые дан. (1 файл в формате pdf: 7,43 Мб). – Сыктывкар : СЛИ, 2011. – on-line. – Систем. требования: Acrobat Reader (любая версия). – Загл. с титул. экрана. – Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com/ft/301-000246.pdf.

1. Антышев, Н. М. Справочник по эксплуатации тракторов [Текст] / Н. М. Антышев, Н. И. Бычков. – Москва : Россельхозиздат, 1985. – 356 с.

2. Баловнев, В. И. Автомобили и тракторы [Текст] : краткий справочник / В. И. Баловнев, Р. Г. Данилов. – Москва : Академия, 2009. – 384 с. – (Высшее профессиональное образование).

3. Механизация и электрификация сельского хозяйства [Текст] : теоретический и научно-практический журнал. – Выходит раз в два месяца.

2008 № 1-12;

2009 № 1-6;

2010 № 1,2,4-12;

2011 № 1-12;

2012 № 1-6;

4. Техника в сельском хозяйстве [Текст] : научно-теоретическое издание. – Выходит раз в два месяца.

2008 № 1-6;

2009 № 1-4;

2010 № 1-3;

2012 № 1-3;

5. Тракторы и сельхозмашины [Текст] : теоретическое и научно-практическое издание. – Выходит ежемесячно.

2008 № 1-12;

2009 № 1-9;

2010 № 1-6;

2012 № 1-6.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ)

2. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

5. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

6. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

7. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ

8. РАСЧЕТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ

9. ПРИМЕРЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ДВИГАТЕЛЕЙ

10. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ

11. КОНСТРУКТИВНАЯ РАЗРАБОТКА ДВИГАТЕЛЯ

12. ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ)

13. ЗАЩИТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА (КУРСОВОЙ РАБОТЫ)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПАРАМЕТРЫ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ЗНАЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ

ФУНКЦИЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УГЛАХ

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ДИАГРАММЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ЛИСТЫ 1 И

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие «Тракторы и автомобили» предназначено для студентов направления бакалавриата 250100 «Лесное дело» и специальностей «Механизация сельского хозяйства», 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» всех форм обучения.

В пособии приведены необходимые исходные данные для выполнения курсового проекта или курсовой работы по расчету автомобильных двигателей, указаны алгоритм и методики расчетов, а также необходимые справочные данные, включающие примеры графической части и примеры тепловых расчетов двигателей и расчетов проектируемых деталей двигателя.

В первом разделе пособия сформулированы цель, задачи и объем курсового проекта или курсовой работы. Второй раздел посвящен выбору исходных данных для последующих расчетов. Третий раздел содержит методики тепловых расчетов двигателей внутреннего сгорания, а также методику построения индикаторных диаграмм. В четвертом и пятом разделах приведена методика динамического и кинематического расчета двигателя. В шестом разделе приводится методика расчета уравновешенности двигателей. В седьмом разделе приводятся методики расчетов на прочность и проектирования основных деталей двигателей. Восьмой раздел содержит методики расчетов систем двигателей.

В девятом и десятом разделах приводятся примеры тепловых расчетов двигателей, а также расчеты деталей и систем двигателей. Одиннадцатый раздел посвящен конструктивной разработке двигателей. В последующих разделах изложены требования к оформлению курсового проекта или курсовой работы и порядок их защиты. В библиографическом списке помещена литература для самоподготовки. В приложениях приводятся: справочные материалы, примеры содержания листов 1 и 2 графической части.

Внимательное ознакомление студентов с учебным пособием позволит лучше и в кратчайшие сроки выполнить курсовой проект или курсовую работу за счет использования систематизированных и упорядоченных данных, приведенных в нем.

1. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Выполнение курсового проекта и курсовой работы преследует цель закрепления знаний по описательному разделу курса «Тракторы и автомобили», соответствующим разделам теории двигателей внутреннего сгорания и динамики поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Задачи курсового проектирования 1. Закрепление студентами знаний по всему курсу двигателей в сочетании со знаниями, полученными ранее по ряду общетехнических и специальных курсов, в их практическом применении к проектированию и расчету двигателя.

2. Развитие творческих способностей и инициативы при решении инженерно-конструкторских задач в области двигателестроения.

3. Привитие навыков работы по проектированию и производству инженерных расчетов и пользования справочной литературой.

4. Получение практики по обоснованию принимаемых решений и критической оценке конструкций в процессе компоновки и конструктивной разработки проекта, а также при составлении расчетно-пояснительной записки.

5. Приобретение будущими специалистами способности к краткому изложению сути и способов решения задач, мотивированному обоснованию принимаемых решений и методов убеждения.

Для выполнения курсового проекта каждому студенту руководителем выдается индивидуальное задание. В задании содержатся: марка двигателя, значение заданной частоты вращения коленчатого вала, мощность двигателя, коэффициент избытка воздуха. Те же параметры двигателя задаются студенту для выполнения курсовой работы. Количество и расположение цилиндров, вид охлаждения, способ смесеобразования или форма камеры сгорания выбираются студентом по технической характеристике двигателя.

Содержание этапов и ориентировочный объем работы в процентах от общего объема, а также количество листов и чертежей указаны в табл. 1.1. Отдельные вопросы проектирования (вид разреза двигателя, наименование чертежа детали и др.) определяются студентом по согласованию с руководителем.

Таблица 1.1. График выполнения курсового проекта (курсовой работы) 2. Тепловой расчет, определение основных размеров и параметров двигателя 3. Построение индикаторных диаграмм, диаграммы фаз газораспределения, схемы КШМ 4. Динамический расчет двигателя, построение ния поршня 5. Расчет и построение графиков действующих 6. Расчет и построение полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку, диаграммы изно- 10 0,5 10 0, са и кривой суммарного крутящего момента 10. Конструктивная разработка двигателя, чертеж продольного (поперечного) разреза

2. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Выбор исходных данных производите в следующей последовательности.

Пользуясь номером зачетной книжки и табл. 2.1, выберите марку двигателя и значение частоты вращения коленчатого вала и мощности для выполнения дальнейших расчетов следующим образом:

- выберите марку двигателя в горизонтальной строке табл. 2.1 согласно последней цифре номера зачетной книжки;

- выберите значение частоты вращения коленчатого вала, мощности двигателя и коэффициента избытка воздуха в вертикальной строке табл. 2.1 согласно предпоследней цифре номера зачетной книжки (по согласованию с преподавателем);

- установите тип выбранного Вами двигателя (дизель, карбюраторный или с распределенным впрыском топлива);

- определите значение давления наддува, в случае, если выбранный Вами двигатель – дизель, на котором согласно технической характеристике заводаизготовителя устанавливается турбо-наддув;

- используйте в расчетах стандартное для двигателя значение степени сжатия (приложение 1);

- используйте в расчетах стандартные показатели состава и качества топлива;

- неуказанные эмпирические значения параметров выбирайте из предложенного ряда или справочных данных с учетом скоростного режима работы двигателя;

- необходимые конструктивные соотношения и характеристики деталей выбирайте из предложенных данных или справочной литературы для Вашего двигателя;

- соотношения размеров сборочных единиц выбирайте согласно рекомендациям справочной литературы для двигателей подобных типоразмеров.

Ряд необходимых параметров автотракторных двигателей приведен в приложении 1.

Во всех спорных вопросах необходимо отдавать предпочтение наиболее новым способам решения задач.

Таблица 2.1. Двигатели и значения частоты вращения коленчатого вала Продолжение табл. 2.

3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Исходные данные:

- тип двигателя (тактность, количество и расположение цилиндров);

- наличие турбонадува и давление надувного воздуха - частота вращения коленчатого вала - степень сжатия ;

- эффективная мощность (берется по стандартной скоростной характеристике двигателя для заданной частоты вращения или задания) - коэффициент избытка воздуха ;

- вид топлива – дизельное топливо «Л» ГОС 305-82, средний элементарный состав: С = 85,7 %, Н = 13,3 %, О = 1 %.

Топливо Определяем низшую теплоту сгорания топлива Параметры рабочего тела Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива Определяем количество свежего заряда Определяем общие количество продуктов сгорания Параметры окружающей среды и остаточные газы Принимаем атмосферные условия:

Давление надувочного воздуха принимаем в соответствии с заданием рк, МПа. Принимаем показатель политропы сжатия в компрессоре 1,5...1,7.

Определяем температуру воздуха за компрессором Определяем давление и температуру остаточных газов pr = (0,75...0,95)p к или pr = (1,05...1,25)pо, МПа.

Принимаем Тr = 700...900 К.

Процесс впуска Принимаем температуру подогрева свежего заряда Определяем плотность заряда на впуске В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент Определим потери давления на впуске в двигатель Определяем давление в конце пуска Определим коэффициент остаточных газов Определяем температуру в конце впуска Определяем коэффициент наполнения Процесс сжатия Определяем показатель адиабаты сжатия 1 в функции и Та по номограмме (рис. 3.1).

Определяем показатель политропы сжатия в зависимости от 1, который устанавливается в пределах Определяем давление в конце сжатия Определяем температуру в конце сжатия Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов) Определяем число молей остаточных газов Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания Рис. 3.1. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия 1 [1] Процесс сгорания Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в дизеле при постоянном давлении, при Определяем число молей газов после сгорания Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси Принимаем коэффициент использования теплоты Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz'z индикаторной диаграммы при сгорании 1 кг топлива определится как Принимаем степень повышения давления в пределах В дизелях с наддувом для ограничения максимального давления сгорания берутся меньшие значения, чем в дизелях без наддува.

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания Подставляем имеющиеся значения величин, решаем полученное квадратное уравнение относительно Тz и находим его значение, К.

Определяем давление в конце процесса сгорания Определяем степень предварительного расширения Процесс расширения Определяем степень последующего расширения Показатель политропы расширения для дизеля определяем по номограмме (рис. 3.2), учитывая, что его значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения Определение показателя политропы расширения производим следующим образом. По имеющимся значениям определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки = 1, получая какое-то значение Далее двигаемся по этой кривой до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения.

Ордината точки пересечения дает искомое значение Рис. 3.2. Номограмма для определения показателя адиабаты расширения Определяем давление процесса расширения Определяем температуру процесса расширения Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5 % для всех скоростных режимов работы двигателя).

Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля Определяем среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы Определяем индикаторный КПД Определяем индикаторный удельный расход топлива Эффективные показатели дизеля Принимаем предварительно среднюю скорость поршня в пределах 7,0...13,0 м/с для автомобильного дизеля и 6,0…11,0 м/с для тракторного дизеля. Определяем среднее давление механических потерь a = 0,089, b = 0,0135 для дизелей с разделенными КС.

Определяем среднее эффективное давление Определяем механический КПД Определяем эффективный КПД Определяем эффективный удельный расход топлива Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра Рассчитываем значение в соответствии со стандартным значением диаметра и хода поршня для прототипа рассчитываемого двигателя (приложение 1).

Определяем ход поршня, мм, округляем до целого.

Определяем площадь поршня Определяем рабочий объем цилиндра Определяем среднюю скорость поршня сравниваем ее значение с ранее принятым.

Определяем значение расчетной эффективной мощности Сравниваем полученное значение мощности с заданным, делаем выводы о правильности проведенного теплового расчета. Расхождение в значении мощности не должно превышать 5 %.

3.2. Тепловой расчет карбюраторного двигателя Исходные данные:

- тип двигателя (тактность, количество и расположение цилиндров);

- эффективная мощность (берется по стандартной скоростной характеристике двигателя для заданной частоты вращения или из задания) Ne, кВт;

- степень сжатиям ;

- коэффициент избытка воздуха ;

- вид топлива – бензин АИ-80 ГОСТ Р51105-97, средний элементарный состав и молекулярная масса: С = 85,5 %, Н = 14,5 %, µT = 115 кг/кмоль.

Топливо Определяем низшую теплоту сгорания топлива Параметры рабочего тела Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива Определяем количество свежего заряда Определяем общее количество продуктов сгорания Параметры окружающей среды и остаточные газы Принимаем атмосферные условия Определяем давление остаточных газов Процесс впуска Принимаем температуру подогрева свежего заряда Определяем плотность заряда на впуске В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент = 2,5…4,0, а скорость движения заряда Определяем потери давления на впуске в двигатель Определяем давление в конце впуска Определяем коэффициент остаточных газов Определяем температуру в конце впуска Определяем коэффициент наполнения Процесс сжатия Определяем показатель адиабаты сжатия в функции и по номограмме (рис. 3.1).

Определяем показатель политропы сжатия в зависимости от, который устанавливается в пределах.

Определяем давление в конце сжатия Определяем температуру в конце сжатия Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов) Определяем число молей остаточных газов Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания Процесс сгорания Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в карбюраторном двигателе при постоянном объеме, при Определяем число молей газов после сгорания Mz = M2 + Mr, кмоль.

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси Принимаем коэффициент использования теплоты Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz индикаторной диаграммы при сгорании 1 кг топлива, определится как Определяем количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания Подставляем в уравнение сгорания имеющиеся значения величин, решаем полученное уравнение относительно Tz и находим его значение, К.

Определяем давление в конце процесса сгорания (теоретическое) Определяем давление в конце процесса сгорания (действительное) Определяем степень повышения давления Процесс расширения Показатель политропы расширения карбюраторного двигателя определяем по номограмме (рис. 3.3), учитывая, что его значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения По имеющимся значениям определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки, получая какое-то значение. Далее двигаемся по этой кривой до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения.

Ордината точки пересечения дает искомое значение Определяем давление процесса расширения Определяем температуру процесса расширения Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5 % для всех скоростных режимов работы двигателя).

Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля Определяем среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы Определяем индикаторный КПД Определяем индикаторный удельный расход топлива Эффективные показатели двигателя Принимаем предварительно среднюю скорость поршня Wп ср в пределах 12...20 м/с для двигателя легкового автомобиля и 9...16 м/с для двигателя грузового автомобиля.

Определяем среднее давление механических потерь Рис. 3.3. Номограмма для определения показателя адиабаты расширения Учитываем, что а = 0,049, b = 0,0152 – для бензиновых двигателей с числом цилиндров до а = 0,039, b = 0,0132 – ля бензиновых восьмицилиндровых двигателей с а = 0,034, b = 0,0113 для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением Определяем среднее эффективное давление Определяем механический КПД Определяем эффективный КПД Определяем эффективный удельный расход топлива Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра Рассчитываем значение в соответствии со стандартным значением диаметра и хода поршня для прототипа рассчитываемого двигателя (приложение 1).

Определяем площадь поршня Определяем рабочий объем цилиндра значение с ранее принятым.

Определяем значение расчетной эффективной мощности Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением, делаем выводы о правильности проведенного теплового расчета. Расхождение в значении мощности не должно превышать 5 %.

Исходные данные:

- тип двигателя (тактность, количество и расположение цилиндров);

- частота вращения коленчатого вала n, мин–1;

- эффективная мощность (берется по стандартной скоростной характеристике двигателя для заданной частоты вращения или из задания) Ne, кВт;

- степень сжатиям ;

- коэффициент избытка воздуха ;

- вид топлива – бензин АИ-95 ГОСТ Р51105-97, средний элементарный состав и молекулярная масса: С = 85,5 %, Н = 14,5 %, = 115 кг/кмоль.

Топливо Определяем низшую теплоту сгорания топлива Параметры рабочего тела Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива Определяем количество свежего заряда (горючей смеси) Определяем количество отдельных компонентов продуктов сгорания.

где К – постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к количеству оксида углерода, содержащихся в продуктах сгорания, К = 0,45…0,50 – для бензина.

Определяем общее количество продуктов сгорания Параметры окружающей среды и остаточные газы Принимаем атмосферные условия Определяем давление остаточных газов для номинального режима работы Бльшие значения принимаются для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала. Меньшие значения принимаются для двигателей с непосредственным впрыском и электронным управлением системы питания. Для различных скоростных режимов работы двигателя давление остаточных газов определяем по формуле где n – частота вращения коленчатого вала двигателя (принимается из задания), мин–1; – давление остаточных газов на номинальном режиме, МПа; – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя (определяется из технической характеристики прототипа рассчитываемого двигателя), мин–1.

Температуру остаточных газов для двигателей с распределенным впрыском определяем по номограмме (рис. 3.4).

Процесс впуска Принимаем температуру подогрева свежего заряда для номинального скоростного режима Тн = 0…20°.

Для различных скоростных режимов работы двигателя температуру подогрева свежего заряда определяем по формуле, где Определяем плотность заряда на впуске В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент, а скорость движения заряда Для двигателей с электронным впрыском значения принимаются пониженными в связи с отсутствием карбюратора.

Рис. 3.4. Исходные параметры для теплового расчета двигателя Определяем давление в конце впуска Определяем коэффициент остаточных газов где – коэффициент очистки, с учетом продувки цилиндра;

коэффициент дозарядки цилиндра, зависит от скоростного режима работы двигателя, определяется по номограмме (рис. 3.4).

Определяем температуру в конце впуска Определяем коэффициент наполнения Процесс сжатия Определяем показатель адиабаты сжатия 1 в функции по номограмме (рис. 3.1).

Определяем показатель политропы сжатия n1 в зависимости от 1, который устанавливается в пределах n1 = (1 – 0,01)...(1 – 0,04), при этом необходимо учитывать, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, и, следовательно, n1 уменьшается.

Определяем давление в конце сжатия Определяем температуру в конце сжатия Определяем среднюю молярную теплоемкость в конце сжатия:

- свежей смеси (воздуха) - рабочей смеси Процесс сгорания Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения горючей смеси Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси Определяем количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания Определяем теплоту сгорания рабочей смеси Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания где средние молярные теплоемкости отдельных газов при постоянном объеме. Определяются по формулам из табл. П2.1 (приложение 2) для интервала температур 1501 до 2800 °С.

Определяем коэффициент использования теплоты по опытным данным из номограммы (рис. 3.4).

Температура в конце процесса сгорания определяем из уравнения сгорания Подставляем в уравнение сгорания имеющиеся значения величин, решаем полученное квадратное уравнение относительно и находим его значение, °С, Определяем максимальное давление в конце процесса сгорания (теоретическое), МПа.

Определяем максимальное давление в конце процесса сгорания (действительное) Определяем степень повышения давления Процесс расширения Показатель адиабаты расширения для двигателя с впрыском топлива определяем по номограмме (рис. 3.3) при заданном е для соответствующих значений, а средний показатель политропы расширения оценивается по величине среднего показателя адиабаты, По имеющимся значениям определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки, получая какое-то значение. Далее двигаемся по этой кривой до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения.

Ордината точки пересечения дает искомое значение.

Определяем давление процесса расширения Определяем температуру процесса расширения Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5 % для всех скоростных режимов работы двигателя).

Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля Определяем теоретическое среднее индикаторное давление цикла Определяем среднее индикаторное давление цикла Здесь v – коэффициент полноты индикаторной диаграммы, v = 0,95…0,98 для двигателей с электронным впрыском топлива.

Определяем индикаторный КПД Определяем индикаторный удельный расход топлива Эффективные показатели двигателя Определяем среднее давление механических потерь Учитываем, что а = 0,024, b = 0,0053 для высокофорсированных бензиновых двигателей с впрыском топлива и электронным управлением.

Для двигателя с впрыском топлива предварительно принимаем ход поршня S в соответствии с прототипом двигателя (приложение 1) и определяем среднюю скорость поршня Определяем среднее эффективное давление Определяем механический КПД Определяем эффективный КПД Определяем эффективный удельный расход топлива Основные размеры цилиндра и удельные параметры двигателя.

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра его.

Определяем площадь поршня Определяем рабочий объем цилиндра Определяем значение расчетной эффективной мощности Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением, делаем выводы о правильности проведенного теплового расчета. Расхождение в значении мощности не должно превышать 5 %.

В общем виде внешний тепловой баланс двигателя определяется из следующих составляющих где – общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом, Дж/с;

– теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за время 1 с, Дж/с;

– теплота, потерянная с отработавшими газами, Дж/с; – теплота, передаваемая охлаждающей среде, Дж/с; – теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, Дж/с; – неучтенные потери теплоты, Дж/с.

Общее количество теплоты определится по формуле где Gт – часовой расход топлива, Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя, определится по формуле Теплота, потерянная с отработавшими газами, определится по формуле где – теплоемкость отработавших газов (определяется из приложения 2, табл. П2.2 для двигателей с искровым зажиганием и табл. П2.3 для дизелей), кДж/(кмольград);

– теплоемкость свежего заряда. Определяется методом интерполяции исходя из следующих значений:

- при температуре - при температуре Теплота, передаваемая охлаждающей среде, определится по формуле:

- для двигателей с искровым зажиганием где с – коэффициент пропорциональности, с = 0,45…0,53 для четырехтактных двигателей; i – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см; п – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин–1; т – показатель степени, т = 0,5…0, для четырехтактных двигателей.

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, определится по формуле Неучтенные потери теплоты определятся по формуле Составляющие теплового баланса сводятся в табл. 3.1, приведенной в расчетно-пояснительной записке.

Таблица 3.1. Основные величины теплового баланса двигателя Общее количество теплоты, введенной в двигатель с Теплота, эквивалентная эффективной работе Теплота, потерянная с отработавшими газами Теплота, передаваемая охлаждающей системе Теплота, потерянная из-за химической неполноты 3.5. Построение свернутой индикаторной диаграммы Построение свернутой индикаторной диаграммы ДВС производится по данным теплового расчета. Диаграмму следует строить в прямоугольных координатах р–S, где р – давление газов в цилиндре, а S – ход поршня. Высота диаграммы должна быть в 1,2...1,7 раза больше ее основания. Для построения рекомендуются следующие масштабы.

Масштабы давления:

Масштаб перемещения поршня:

От начала координат в масштабе по оси абсцисс откладывают значения приведенной высоты камеры сжатия Sс и хода поршня S (размер по чертежу 100...150 мм). При этом Абсцисса точки z на индикаторной диаграмме дизеля определяется по уравнению По оси ординат в масштабе откладываются величины давлений в характерных точках диаграммы, а также значение ро.

Построение политроп сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам (8...10 значений). Значения давлений в промежуточных точках Рассчитанные значения давлений в промежуточных точках сводятся в табл. 3.2, приведенную в расчетно-пояснительной записке.

Таблица 3.2. Величины давлений в промежуточных точках политропы сжатия Для скругления индикаторной диаграммы необходимо воспользоваться диаграммой фаз газораспределения, которую следует построить в правой верхней части листа. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (постоянная КШМ) следует взять из технической характеристики двигателя или приложения 1.

Для перестроения полученной индикаторной диаграммы в развернутом виде графоаналитическим методом под ней строят полуокружность радиусом R, имея в виду, что S = 2 – R. Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы 10, 15 или 20°, и точки соединяют радиусами с центром. Затем центр смещают вправо на величину (поправка Брикса). Из нового центра строят лучи, параллельные ранее проведенным радиусам. Из новых точек на окружности проводят вертикальные линии до их пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Точки пересечения дают значения давления газов рГ при этих углах поворота кривошипа. Линию ро свернутой диаграммы продолжают вправо, обозначая на ней значения углов поворота кривошипа в масштабе 1 мм = 2°. Значения (МПа) берут от линии ро и откладывают на развертке. Полученные точки соединяют плавной кривой.

4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью проводят динамический расчет кривошипно-шатунного механизма в следующем порядке.

1. Индикаторная диаграмма строится на листе бумаги формата А1 в верхнем левом углу.

2. В правом верхнем углу строится диаграмма фаз газораспределения, а под нею схема кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1) с указанием точек приложения и знаков (+, –) действия сил.

Рис. 4.1. Схемы КШМ с указанием точек приложения и знаков действия сил 3. Построенная скругленная индикаторная диаграмма, пользуясь методом Брикса, развертывается в диаграмму избыточных сил давления газов по углу поворота коленчатого вала в масштабе 1 мм = 2°.

4. Ниже полуокружности наносятся координаты и строятся графики перемещения, скорости и ускорения поршня, ширина графиков равна 2R, высота в любом масштабе.

5. Руководствуясь найденными размерами двигателя (S и D), определяется масса частей, движущихся возвратно-поступательно, и масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели необходимо задаться конструктивными массами поршневой и шатунной группы, используя техническую характеристику двигателя или рассчитать, пользуясь табл. 4.1.

Значения масс поршня, шатуна и коленчатого вала определяются по формуле, где m' – конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня, кг/м (принимаем из табл. 4.1); – площадь поршня, м2.

Таблица 4.1. Конструктивные массы деталей, отнесенные к площади поршня, кг/м Колено вала без противовесов ( ):

сплошными шейками - чугунный литой вал с полыми После этого производится расчет полного значения масс, кг. Масса частей, движущихся возвратно-поступательно:, где – масса комплекта поршня (поршень + палец), кг; mш.п. – масса шатуна, приведенная к Масса вращающихся деталей:

где – масса колена без противовесов (масса кривошипа), кг; – масса шатуна, приведенная к коленчатому валу, - в V-образных двигателях Соответствие выбранных масс необходимо проверить по значению максимальной удельной силы инерции по формуле где R – радиус кривошипа,, м; – угловая скорость коленчатого вала, = 30, с ; – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (постоянная КШМ); – площадь поршня, м2.

Максимум удельной силы p не должен превышать следующих интервалов:

- для двигателей с искровым зажиганием с числом оборотов - для двигателей с искровым зажиганием с числом оборотов для дизелей при n 2000 мин–1, = 0,6...1,4 МПа;

Удельную силу инерции движущихся масс определяем по формуле действующих в КШМ, Н.

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс Центробежной силы инерции вращающихся масс Центробежная сила инерции KR является результирующей двух сил:

- силы инерции вращающихся масс шатуна - силы инерции вращающихся масс кривошипа Суммарной силы, действующей на поршень, где – сила давления газов, берется из развернутой индикаторной диаграммы, рис. 4.2).

Нормальной силы, перпендикулярной к оси цилиндра, Силы, действующей вдоль шатуна, Нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа, Тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа, Значения тригонометрических функций для выбранного значения рассчитываются или берутся из таблиц приложения 3.

Расчет всех действующих сил производится через 20° поворота коленчатого вала. В интервале резкого повышения давления (приблизительно от 320 до 420° п. к. в.) расчет ведется через 5° п. к. в. Данные расчетов сил для различных углов сводятся в табл. 4.2, приводимую в расчетнопояснительной записке.

6. Уравновешивание двигателя. После выполнения кинематического и динамического расчетов производится анализ уравновешенности рассматриваемого двигателя. Для достижения этой цели в расчетно-пояснительной записке на формате А3 миллиметровой бумаги необходимо в масштабе вычертить эскиз – схему кривошипно-шатунного механизма. На схеме с использованием теоретических знаний курса следует нанести направления действия всех сил и моментов. Затем записывается условие уравновешенности двигателя с учетом всех сил и моментов.

Рис. 4.2. Свернутая и развернутая индикаторные диаграммы двигателя действующих в кривошипно-шатунном механизме Далее производится подсчет значений неуравновешенных сил и моментов для случая нахождения поршня первого цилиндра в ВМТ. Поученные численные значения указываются на схеме.

На следующем этапе проводится анализ и дается оценка конструктивной уравновешенности двигателя.

Затем производится выбор наиболее простых мероприятий для уменьшения или полногоустранения действия неуравновешенных сил и моментов.

С учетом предыдущих операций определяются плоскости установки противовесов, их масса (расчетным путем) и удаление от оси шейки. Предлагаются и обосновываются различные способы крепления дополнительных масс.

В конце раздела следует отметить преимущества и недостатки выбранного способа уравновешения с точки зрения его влияния на такие показатели двигателя, как:

- наличие шумов и вибраций при работе;

- долговечность;

- металлоемкость;

- технологичность производства;

- удобство обслуживания и ремонта.

7. По рассчитанным данным строятся графики изменения сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

На верхнем графике строятся изменения сил давления газов, удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и суммарной силы Ниже строят значения сил (рекомендуемый масштаб - найденной ранее силы Р;

- нормальной силы N, действующей на стенку цилиндра, и силы S, действующей вдоль шатуна;

- нормальной силы К, действующей по оси кривошипа, и тангенциальной силы Т.

Пример первого листа графической части представлен в приложении 5, рис. П5.1. На втором листе графической части выполняется следующее. Лист формата А1 делится пополам, и одна половина занимается полярной диаграммой нагрузки на шатунную шейку, разверткой ее в прямоугольных координатах, диаграммой износа шатунной шейки и кривой суммарного крутящего момента (приложение 5, рис. П5.2).

8. Для построения полярной диаграммы наносятся прямоугольные координаты силы Т по горизонтали и силы К по вертикали (с учетом знаков «+»; «–»).

Для принятых в расчетах величин углов поворота коленчатого вала строится полярная диаграмма силы S, т. е. откладываются ее составляющие (Т – по горизонтали, К – по вертикали), получая последовательно концы вектора S. Полученные точки и т. д. последовательно в порядке углов соединяют плавной кривой. Это и есть полярная диаграмма силы S с полюсом в точке О (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема построения полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку 9. Для нахождения результирующей силы на шатунную шейку необходимо полюс О переместить по вертикали вниз на величину вектора KR.ш в соответствующем масштабе диаграммы ( – сила, возникающая вследствие вращения части массы шатуна и постоянная по величине и направлению) и обозначить эту точку Oш. Затем вокруг точки Oш проводится окружность любого радиуса, удобнее – радиусом шатунной шейки. Точка Oш соединяется с точками и всеми остальными через 20° тонкими прямыми линиями, конец которых должен выходить за пределы окружности.

Вектор для каждого угла дает и направление, и значение результирующей силы (нагрузки) на шатунную шейку.

10. Для построения развертки диаграммы нагрузки в прямоугольные координаты через точку Oш проводится горизонтальная линия, служащая осью углов. Углы обозначаются через выбранные 20° в пределах 0–720°, и через эти точки проводятся вертикали. Для каждого угла и т. д. берется значение результирующей силы с полярной диаграммы нагрузки (рис. 4.4) и откладывается по вертикали, причем все значения считаются положительными (откладываются вверх). Точки соединяются плавной кривой результирующей силы. На графике развертки обозначаются точки.

Тогда средняя удельная нагрузка на подшипник, отнесенная к единице площади его диаметральной проекции, определится где – диаметр шатунной шейки; – рабочая ширина вкладыша (принимаем из прототипа).

11. Пользуясь полярной диаграммой, можно построить диаграмму износа шейки, дающую условное представление о характере износа в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку, и происходит в секторе ±60° от мгновенного направления силы S. Для этого ниже полярной диаграммы строится еще одна окружность радиусом. К внешней стороне окружности прикладываются векторы усилий, параллельные соответствующим векторам полярной диаграммы (параллельно силам S) так, чтобы линия действия их проходила через центр. Значение усилий для каждого угла берется с развернутой диаграммы нагрузки, и под углом 60° к направлению каждого усилия в обе стороны проводятся кольцевые полоски, высота которых пропорциональна этому усилию. Суммарная площадь этих полосок в итоге представляет собой условную диаграмму износа. На диаграмме износа шейки видна зона наибольших и наименьших давлений на нее. В месте наименьших давлений проводится осевая линия, где должно выводиться отверстие подвода масла к подшипнику (рис. 4.5).

Рис. 4.4. Полярная диаграмма нагрузки на шатунную шейку Рис. 4.5. Схема построения диаграммы износа шатунной шейки 12. Под графиком развернутой диаграммы нагрузки строят кривую суммарного индикаторного крутящего момента (рис. 4.6). Для этого по оси абсцисс откладывают значение угла поворота кривошипа в пределах от до (где i – число цилиндров двигателя).

По оси ординат откладывается значение крутящего момента, равное листе 1 графика или сводной табл. 4.2.

Предполагается, что крутящий момент в отдельных цилиндрах, для четырехтактных двигателей, изменяется одинаково, лишь со сдвигом на угол – для двухтактных двигателей. Поэтому берется участок силы T в пределах от, значение ее умножается на радиус кривошипа R и полученное значение крутящего момента откладывается на строящемся графике. Затем берется следующий равный участок силы Т и т. д. Таким образом, получается число кривых крутящего момента, равное i.

Кривая суммарного индикаторного крутящего момента многоцилиндрового двигателя на участке получается путем графического суммирования полученного числа i кривых крутящих моментов для отдельных цилиндров. Среднее – положительная и отрицательная площади диаграммы.

Рис. 4.6. Схема построения кривой суммарного крутящего момента Ввиду того, что при построении диаграммы индикаторного крутящего момента двигателя не учитывались затраты на трение, привод вспомогательных механизмов и т. д., для получения значения действительного эффективного крутящего момента необходимо учесть величину механического КПД где – механический КПД двигателя (берется из теплового расчета двигателя). Полученное значение среднего эффективного крутящего момента следует сопоставить с расчетным значением Отклонение графически полученного значения момента от его расчетного значения не должно превышать ±5 %.

Все графики строятся в одном масштабе сил, принятом при построении развернутой индикаторной диаграммы.

Примерный вид диаграммы и содержание графического листа представлены в приложениях 4 и 5.

5. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

После выполнения динамического расчета производится кинематический расчет рассматриваемого двигателя. Для достижения этой цели в расчетнопояснительной записке необходимо оформить таблицу значений перемещения, скорости и ускорения поршня, рассчитанных через 20° поворота коленчатого вала (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Данные для построения графиков перемещения, скорости При расчете значений для двигателя с центральным кривошипношатунным механизмом следует воспользоваться формулами:

- перемещения поршня - скорости поршня - ускорения поршня При расчете значений для двигателя со смещенным кривошипношатунным механизмом следует воспользоваться формулами:

где е – дезаксиал; – величина относительного смещения, к = 0,05… 0,15.

Значения тригонометрических функций для выбранного угла рассчитываются или берутся из таблиц приложения 3. Значение радиуса кривошипа R берется в зависимости от рассчитанного ранее значения хода поршня S.

Значение берется из технической характеристики двигателя или приложения 1.

По рассчитанным данным строятся графики изменения перемещения, скорости и ускорения поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.