Характеристика силовой установки

 

В качестве силовой установки на машинах используют двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и комбинированные двигатели (дизель-генератор).

Для двигателей внутреннего сгорания должна быть указана заводская марка двигателя и приведены его общая характеристика и основные параметры. К основным параметрам следует отнести: конструктивные: число и расположение цилиндров; диаметр цилиндра D, мм; ход поршня S, мм; степень сжатия e; рабочий объём цилиндров двигателя, V 10^–3, дм³; экономические: минимальный удельный эффективный расход топлива, g _e, г/(кВт∙ч); эффективный КПД, h _e; энергетические: удельная литровая мощность, Р_л, кВт/дм ; среднее эффективное давление Р_е, МПа; максимальная эффективная мощность Р_{e max,} кВт; частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности n_N, мин^-1 ; максимальный крутящий момент М_{е max}, Н∙м; частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте n_m, мин ^-1 ]; m_д – масса двигателя, кг [3, 9].

Двигатели внутреннего сгорания классифицируется по следующим признакам:

1. По способу смесеобразования − на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешнем смесеобразованием относятся бензиновые и газовые двигатели, а к двигателям с внутренним смесеобразованием − дизельные и калоризаторные двигатели.

2. По способу воспламенения рабочей смеси − электрической искрой, запальным шаром и без постороннего источника воспламенения (дизели). Воспламенения рабочей смеси в бензиновых и газовых двигателях, имеющих низкие степени сжатия, осуществляется электрической искрой; в калоризаторных двигателях − запальным шаром; в дизелях из-за больших степеней сжатия и высокой температуры сжатого воздуха топливо, подаваемое в их цилиндр с помощью форсунки, воспламеняется от горячего воздуха без постороннего источника зажигания.

3. По виду применяемого топлива − на двигатели легкого или светлого топлива (бензин, лигроин, керосин), на двигатели тяжелого топлива (дизельное топливо, соляровое масло, нефть) и двигатели газообразного топлива (сжиженный и природный газ).

4. По способу осуществления рабочего цикла − на двигатели четырехтактные и двухтактные.

5. По числу цилиндров − на двигатели одноцилиндровые и многоцилиндровые (трех-,четырех-,шести -, восьми и двенадцатицилиндровые и т. д.).

6. По расположению цилиндров − на двигатели вертикальные, горизонтальные и V-образные с цилиндрами, расположенными под углом. При угле расположения цилиндров 180 двигатель называется оппозитным.

7. По охлаждению − на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением.

8. По назначению − на двигатели транспортные и стационарные.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания нашли широкое применение на различных дорожно-строительных машинах.

Двигатели внутреннего сгорания имеют следующие механизмы и системы:

1. Кривошипно-шатунный механизм (поршень, шатун и коленчатый вал) служат для восприятия давления газов и преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

2. Механизмгазораспределения предназначен для своевременного открытия и закрытия клапанов и состоит из клапанов, пружин и деталей их привода − распределительного вала и шестерен, толкателей, штанг и коромысел.

3. Системаохлаждения бывает жидкостная и воздушная; служит она для охлаждения деталей двигателя. Система жидкостного охлаждения состоит из насоса, вентилятора, рубашки охлаждения, радиатора и термостата; у двигателей с воздушным охлаждением цилиндры и головки блока имеют специальные охлаждающие ребра.

4. Системасмазки служит для подвода смазочного масла к трущимся деталям и состоит из смазочного насоса, маслопроводов, фильтров и иногда масляного радиатора.

5. Системапитания предназначена для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндрам (бензиновый двигатель) или подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя (дизельный) и приготовления в них рабочей смеси. Система питания дизельных двигателей состоит из топливного бака, топливопроводов, кранов, фильтров, топливных насосов и форсунок.

6. Системазажигания применяется в бензиновых и газовых двигателях и служит для воспламенения сжатой в цилиндре рабочей смеси.

7. К системе пуска относятся: пусковой бензиновый двигатель с механизмом передачи (на тракторе), декомпрессионный механизм, система подогрева жидкости и воздуха.

Двигатель, в котором рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала 4 рад(720 ), называется четырехтактным.

Двухтактным двигателем называется такой, у которого цикл работы совершается за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала. Двигатели, применяемые на тракторах, в большинстве случаев работают по четырехтактному циклу, который характеризуется тем, что из четырех тактов, совершаемых за два оборота коленчатого вала, один является рабочим, т. е. таким, при котором энергия сгоревшей горючей смеси создает в цилиндре необходимое давление, заставляющее перемещаться поршень и с помощью шатуна вращать коленчатый вал; три такта являются вспомогательными. Они служат для: заполнения цилиндра свежей горючей смесью или воздухом; сжатия этой смеси или воздуха перед воспламенением или перед впрыском распыленного жидкого топлива; очистки цилиндра от продуктов сгорания.

В связи с этим каждый из тактов имеет свое наименование: первый − впуск, второй − сжатие, третий − рабочий ход (расширение) и четвертый − выпуск. Все такты представлены графически на рис. 1.10.

Процессработы дизельного двигателя отличается от работы бензинового образованием и воспламенением рабочей смеси. Основное отличие заключается в том, что в цилиндр дизеля в такте впуска поступает атмосферный воздух, который при такте сжатия сжимается.

Рис.1.10. Порядок работы четырехтактного двигателя:

а – такт всасывания; б – сжатие; в – рабочий ход; г – выпуск

 

В конце такта в среду нагревшегося воздуха при высокой степени сжатия (вследствие молекулярного трения его частиц) насосом высокого давления через форсунку впрыскивается топливо в распыленном состоянии. Топливов цилиндре, смешиваясь с воздухом, самовоспламеняется и под действием высокой температуры воздуха сгорает.

Общий вид поперечного разреза дизельного двигателя с воздушным охлаждением показан на рис. 1.11. При этом приводятся значения технических характеристик двигателя.

 

Техническиехарактеристики двигателя

 

1. Номинальная мощность, кВт;

2. Число цилиндров;

3. Расположение цилиндров;

4. Диаметрцилиндра, мм;

5. Рабочий объем цилиндров, дм ;

6. Максимальныйкрутящий момент, Н∙м;

7. Удельный расход топлива, , см /(кВт ч).

8. Частота вращения коленчатого вала, .

Общий вид двигателя ВДВ -330А с турбонаддувом трактора Т-330 показан на рис. 1.16.

Рис.1.11. Поперечный разрез рядного дизельного двигателя с воздушным

охлаждением: 1– сливная пробка; 2– клапан; 3– фильтр для очистки масла;

4– предохранительный клапан; 5 – кожух для подачи воздуха; 6 – форсунка;

7– шпилька для крепления головки блока; 8 – впускной коллектор подачи воздуха;

9 – фильтр тонкой очистки топлива

 

Мощностьдвигателя 220 кВт, количество цилиндров 12, максимальная частота вращения коленчатого вала − 2150 мин , оснащен гидротрансформатором с коэффициентом трансформации , одноступенчатый комплексный трехколесный, с центральной турбиной обеспечивает использование максимального крутящего момента двигателя и бесступенчатое его регулирование в зависимости от нагрузок на рабочих органах.

На рис. 1.12 приведены скоростные характеристики бензинового и дизельного двигателей.

На современных двигателях применяют следующие способы пуска: ручной, электрическим стартером; инерционным стартером; сжатым воздухом; вспомогательным пусковым двигателем и с помощью гидромоторов.

Для облегчения прокручивания коленчатого вала дизельного двигателя при его пуске в некоторых случаях сообщают полость камеры сгорания с атмосферой. Для этого предусмотрен декомпрессионный механизм, при помощи которого открывают в период пуска впускные, а иногда и выпускные клапаны. После того как частота вращения коленчатого вала достигнет примерно 150…250 мин , декомпрессор выключается.

Диапазончастот вращения коленчатого вала между максимальным крутящим моментом и мощность двигателя характеризуют устойчивость работы двигателя. Чем больше этот диапазон, тем меньше число передач трансмиссии.

 

Рис. 1.12. Скоростные характеристики: а – бензинового; б – дизельного двигателя

 

Декомпрессионные механизмы различных тракторных двигателей представлены на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Декомпрессионные механизмы дизелей: а − Д-54А: 1 − клапан; 2 − клапанная пружина; 3 − коромысло; 4 – штанга; 5 − толкатель; 6 − система рычагов; б − Д-35 и Д-40М;

в – КДМ-100; г – 2Ч10,5/13-2

 

В двигателе Д-54А декомпрессионный механизм воздействует на толкатели впускных клапанов. Рычаг декомпрессора при пуске устанавливается последовательно в трех положениях. При положении «прогрев 1» (рис.1.18, а) поднимаются толкатели всех впускных клапанов; при положении «прогрев 2» открытыми остаются впускные клапаны третьего и четвертого цилиндров, а в первом и втором цилиндрах происходит процесс сжатия; при положении «работа» процесс сжатия происходит во всех цилиндрах.

В двигателях КДМ-100 декомпрессионный механизм (рис.1.18, в) состоит из валика и четырех дополнительных вертикальных штанг, воздействующих на коромысла впускных клапанов. При установке рычага декомпрессора в положение «пуск» открываются клапаны во всех цилиндрах; при положении «половина» открываются на 3,5 мм клапаны в первом и третьем цилиндрах; при положении «работа» процесс сжатия протекает во всех цилиндрах.

Показателями эффективности работы двигателя являются крутящий момент, КПД, удельный расход топлива и литровая мощность. Крутящий моментравняется силе, действующей на кривошип коленчатого вала, умноженный на радиус кривошипа. Развивая определенный крутящий момент, двигатель выполняет работу. Отношение работы к затраченному на ее выполнение времени называется мощностью и измеряется в кВт. Различают индикаторную и эффективную мощность двигателя.

Индикаторной называется мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя. Она передается на коленчатый вал двигателя через поршень и шатун, что сопровождается механическими потерями вследствие трения поршней и колец о стенки цилиндров, трения в подшипниках кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, часть мощности (20…30 %) затрачивается на приведение в действие механизма газораспределения, топливного насоса, генератора и других вспомогательных механизмов двигателя.

Мощность, развиваемая двигателем на коленчатом валу и используемая для выполнения полезной работы, называется эффективной мощностью. Ее указывают в технических характеристиках двигателей. Она зависит, в первую очередь, от размера и количества цилиндров, частоты вращения коленчатого вала, цикловой подачи топлива.

Отношение эффективной мощности к индикаторной − механический коэффициент полезного действи я. Значения его колеблется в пределах 0,8…0,9. Эффективный коэффициент полезного действия двигателя − отношение количества теплоты, превращенной в механическую работу, к количеству теплоты, содержащейся в топливе, т. е. эффективный КПД оценивает степень использования в двигателе теплоты сгоревшего топлива. При работе на номинальном режиме эффективный КПД автотракторных дизельных двигателей составляет 0,3…0,4.

Экономичность работы двигателя в производственных условиях оценивается по эффективному удельному расходу топлива в граммах, расходуемому на единицу эффективной мощности двигателя за час работы (г/(кВт∙ч)). Эффективный удельный расход топлива тракторных двигателей при номинальной нагрузке составляет 230…270 г/(кВт∙ч). Если двигатель работает с недогрузкой, значение данного показателя возрастает, что свидетельствует о неэкономичной работе.

Мощность, снимаемая с единицы объема цилиндров, характеризует эффективность использования рабочего объема цилиндров двигателя и определяется отношением номинальной мощности двигателя к рабочему объему цилиндров (кВт/дм ).

Что касается использования электродвигателей, то они, в основном, применяют на стационарных машинах. На мощных передвижных машинах используют дизель-генератор, обеспечивающий: возможность осуществления бесступенчатой тяговой характеристики, близкой по форме к гиперболе; возможность электрического торможения без износа фрикционных накладок; простоту устройств машины с любым числом ведущих колес для повышения тягового усилия и проходимости за счет применения индивидуального электропривода колес; простоту автоматизации процессов работы машины с тяговыми электроприводами.

К недостаткам тяговых электроприводов относятся: более высокая стоимость по сравнению со стоимостью гидромеханических приводов равной мощности; необходимость применения цветных металлов.

Тяговые электроприводы подразделяются на основные (рассчитанные на полный диапазон регулирования скорости движения машины) и вспомогательные (включаемые в работу эпизодически на малой скорости движения для повышения тягового усилия и проходимости).

В качестве основных применяют тяговые электроприводы постоянного тока, а в качестве вспомогательных − переменного тока.

Несколько землеройно-транспортных машин создано на базе трактора

ДЭТ-250 (табл.1.7) с однодвигательным дизель-электрическим приводом постоянного тока путем использования навесного и прицепного оборудования.

 

Таблица 1.5

Техническиеданные электрических машин

 

Наименование показателей	Показатели по машинам
Генератор	Двигатель	Возбудитель
Тип Мощность, кВт Силатока, А Напряжение, В Частота вращения, мин Возбуждение   Масса, кг	ДК – 510Б-1 600/900 360/600 2120/2600 Трехобмоточная система	ЭДТ-166А 600/900 360/600 425/2250 Независимое	ДК-913А 0-120 0-50 2120/2600 Независимое

 

Тяговый электропривод трактора ДЭТ-250 (рис. 1.14) имеет следующие особенности.

1. Для согласованной совместной работы с дизельным двигателем тяговый генератор ТГ имеет последовательную размагничивающую обмотку возбуждения 1К-1КК, параллельную намагничивающую обмотку 1Ш-1ШШ и обмотку независимого возбуждения 1Н-1НН, питаемую от аккумуляторной батареи напряжением 24 В. Предусмотрено совместное регулирование дизель-генератора с помощью педального командоконтроллера К. При работе трактора с 11 ступенями сопротивления в цепи обмотки возбуждения 1Н-1НН генератора шунтируются контактами командоконтроллера К, благодаря чему регулируется мощность, отбираемая от дизельного двигателя.

Рис. 1.14. Схема тягового электропривода трактора ДЭТ-250

 

Наряду с регулированием напряжения генератора для обеспечения полного диапазона регулирования скорости движения трактора используется также изменение потока возбуждения тягового двигателя. Первая намагничивающая обмотка независимого возбуждения Н1-НН1 двигателя ТД питается от аккумуляторной батареи, а вторая обмотка Н2-НН2 − от специального возбудителя В.

2. При силе тока в силовой цепи I < 370 A вентиль СВ заперт, и ток в обмотке возбуждения возбудителя отсутствует. При силе тока I > 370 А возбудитель создает в обмотке Н2-НН2 двигателя ток, пропорциональный току якоря. Тяговая характеристика трактора ДЭТ−250 с электрической трансмиссией показана на рис.1.15.

 

Рис.1.15. Тяговая характеристика трактора ДЭТ-250