Расчёт колёсного трактора МТЗ-82

Для стабилизации двигателя в системе  на случай износа шестерен, увеличение зазоров в подшипниках, перепуска  масла и т.д. действительную производительность насоса принимаем в 2…..3 раза больше циркуляционного расхода:

V_Д=(2…..3)*V_ц=3*0,00017=0,00051м²/с.

3. Расчетная  производительность насоса с  учетом объемного коэффициента  подачи  будет:

 м³/с

При расчете  масляного насоса принимают,  что объём зуба шестерен равен объему впадины между зубьями и потом объём масла, подаваемого двумя шестернями за 1 оборот будет:

м³/об

где  h=2m – высота зуба шестерен, м;

D₀=z*m - диаметр начальной окружности шестерен, м.

Поэтому расчетная производительность насоса может быть выражена формулой:

где   z – число зубьев шестерен насоса z=6….12. Принимаю z=9;

 m - модуль зацепления, принимаем от 3 до 6 мм. Принимаю m=0,005 м;

       b – длина зуба

- число оборотов шестерен  насоса;

- окружная скорость на внешнем  диметре шестерен, принимаемая не  более 6….8 м/с. Принимаю =7м/с.

D=D₀+2m=m(z+2) =0,005(9+2)= 0,055м - диаметр внешней окружности шестерен.

Длина зуба

 

4. Мощность, затрачиваемая на привод насоса

 кВт,

где P_м - рабочее давление, создаваемое насосом в системе смазки, Па.  В дизелях P_м= 300000...700000 Па. Принимаю P_м= 500000Па.

5. Площадь  поверхности охлаждения радиатора

 м²

где Q_m=3220,5 Дж/с – кол-во тепла отводимого маслом

к=50 Вт/м² °С – коэффициент теплопередачи (По опытным данным  к=35...70 Вт/м² °С)

t_м.ср. =85°С - средняя температура масла в радиаторе, равная 80...90°С;

t_воз.ср. =40°С - средняя температура воздуха в радиаторе, принимаемая 30...40°С при установке радиатора перед водяным радиатором и 40...60°С при установке после водяного радиатора.

Площадь внутренней поверхности трубок радиатора принимается

 м²

Схема смазочной системы двигателя.

В данном двигателе применяется комбинированная смазочная система. К наиболее нагруженным деталям масло подается под давлением, а к остальным - разбрызгиванием и самотёком.

Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого  вала, клапанный механизм, втулки распределительного вала и распределительных шестерен.

В смазочную систему двигателя  входят поддон 1 картера, масляный насос 2, масляный фильтр 6, масляный радиатор 8, масляные каналы и трубопроводы, манометр 11, маслозаливная горловина 16. Уровень  масла контролируется масломерным  стержнем 4 при неработающем двигателе.

Путь циркуляции масла под давлением  в смазочной системе у большинства  автотракторных двигателей одинаков. На рисунке приведена принципиальная схема работы смазочной системы  двигателя. При работе двигателя  масло из поддона картера засасывается шестеренчатым насосом и подается под давлением к фильтру. Очищенное  масло охлаждается в масляном радиаторе и поступает в главный  масляный канал - магистраль 13. Из этого  канала масло проходит по каналам  в блоке к коренным подшипникам  коленчатого вала и к шейкам распределительного вала.

Принципиальная  схема смазочной системы:

1 - масляный поддон, 2 - масляный насос, 3 - редукционный клапан масляного насоса,4 - масломерный щуп, 5 - промежуточная шестерня, 6 - масляный фильтр, 7- редукционный (температурный) клапан, 8 - масляный радиатор, 9 - сливной клапан,10 - распределительный вал, 11 - манометр, 12 - ось коромысел, 13 - главный масляный канал,14 - полость шатунной шейки, 15 - коленчатый вал, 16 - масло заливная горловина.

По наклонным  каналам коленчатого вала масло  попадает в полость 14 шатунных шеек, где дополнительно очищается  и, выходя на поверхность шеек, смазывает  шатунные подшипники. От первого коренного  подшипника масло поступает к  пальцу промежуточной шестерни 5 и  втулке шестерни топливного насоса.

По каналу в одной из шеек распределительного вала масло пульсирующим потоком  подается в вертикальный канал блока  и по каналам в головке и  наружной трубке - в пустотелую ось 12 коромысел. Через отверстия в  валике коромысел масло поступает  к втулкам коромысел и, стекая по штангам, смазывает толкатели  и кулачки распределительного вала.

Стенки цилиндров  и поршней, поршневые пальцы, распределительные  шестерни смазываются разбрызгиванием. Масло, вытекающее из подшипников коленчатого  вала и стекающее с клапанного механизма, разбрызгивается быстровращающимся  коленчатым валом на мелкие капли, образуя  масляный туман. Капельки масла, оседая на поверхности цилиндров, поршней, кулачков распределительного вала, смазывают  их и стекают в поддон картера, откуда масло вновь начинает свой путь. Поршневой палец смазывается  капельками масла, которые забрызгиваются в отверстие верхней головки  шатуна. В двигателях, имеющих канал  в стержне шатуна, поршневой палец  смазывается под давлением.

Работу смазочной  системы контролируют по манометру 11, показывающему давление в главной  магистрали. На некоторых двигателях, кроме того, устанавливают термометр, измеряющий температуру масла в  смазочной системе и датчики  аварийного падения давления масла.

2. Расчёт системы охлаждения

1.Количество отведенного  тепла

 кДж/кг

где g_охл=0,2 – относительное количество теплоты отводимого системой охлаждения.    По статистическим данным относительное количество отводимого тепла q_охл составляет для дизелей 0,18...0,25.

Q_н*G_т – количество тепла, выделяемое при полном сгорании топлива на номинальном режиме работы двигателя кДж/ч;

G_Т=13,64 кг/ч -  часовой расход топлива;

Q_н=42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания топлива.

2. Циркуляционный расход  охлаждающей жидкости.

 м³/с

где =10³ кг/м³ - плотность охлаждающей жидкости;

С_ж – удельная массовая теплоемкость жидкости, принимая для воды 4,187 кДж/кг*с.

- соответственная температура  охлаждающей жидкости на выходе  и входе в двигатель, °С

∆t= - период температуры охлаждающей жидкости в двигателе, принимаемый в расчётах от 8 до 12°С. Принимаю ∆t=10°C.

3. Расчетная производительность  насоса и мощность на его  привод.

где = 0,8...0,9 - коэффициент подачи насоса. Принимаю = 0,8.

 кВт

где =100000 Па - напор создаваемый насосом. Для выполненных конструкций насосов напор находится в пределах от 50000...120000 Па и зависит от гидравлических сопротивлений системы охлаждения;

    = 0,7...0,9 - механический КПД привода насоса. Принимаю = 0,8.

4. Емкость системы охлаждения

V=(0,6….1,2)N_н=0,6*57,302=34,3812 л

5. Поверхность охлаждения  радиатора

где k=70 Вт/м²°С – коэффициент теплопередачи, принимаемый для гусеничных тракторов 60...80 Вт/м²°С;

   - средняя температура  жидкости в радиаторе.

    Средняя температура  жидкости в радиаторе для современных  двигателей находится в пределах от 85 до 95°С и зависит в основном от максимально допустимой температуры в двигателе. Максимальная температура в закрытых системах охлаждения с высоким избыточным давлением может быть больше 100°С (в двигателях ЗИЛ-130 t_ж._max=115°С, ЗМЗ-53 t_ж._max=105°C).  При низких избыточных давлениях в системах максимальную температуру можно принимать 95…98°С;

t_{ж вх} - температура жидкости на входе в радиатор, °С ;

- перепад температуры в радиаторе, °С, принимают 8...10°С;

- средняя температура воздуха  в радиаторе, °С;

t_{воз вх} - температура воздуха на входе в радиатор, °С принимают при умеренном климате +40°С;

- подогрев воздуха в радиаторе,  принимаемый в зависимости от глубины радиатора и других факторов от 20 до 30°С.

    В трубчато-пластинчатых  радиаторах коэффициент оребрения  находится в пределах = 3...6.

Задаваясь значением  можно определить поверхность трубок радиатора , м².

    Данные расчета  используются для разработки  элементов конструкции системы охлаждения.

1 - пробка заливной горловины водяного радиатора с паровоздушным клапоном; 2- трубка паровоздушная;3 - радиатор водяной;4- крышка водоотводной трубы;5-термостат;6-трубка перерускная;7-радиаторы масляные;8 -труба водоотводная; 9 - указатель температуры воды; 10 - труба водяная сливная; 11 - краник слива охлаждающей жидкости из блока цилиндров;12- крышка водораспределительная;13 - труба водопроводящая;14 - патрубок подвода охлаждающей эидкости в блок цилиндров двигателя;15-насос водяной;16-вентилятор;17 - кран сливной радиатора;18 - шторка.

При работе двигателя охлаждающая  жидкость из радиатора нагнетается  центробежным насосом в охлаждающюю  рубашку блока цилиндров,после  охлаждения которой жидкость поступает  через отверстия в верхних  плоскостях блока в охлаждающие полости головки цилиндров.Из полости головки горячая жидкость через отводящий шланг, патрубок, и открытые клапоны термостатов по шлангу поступает в верхний бак радиатора.Охлаждющая жидкость из радиатора снова нагнетается насосом в охлаждаюшие полости блока цилиндров.

3. Система питания двигателя

Из топливного бака по топливопроводу через фильтр грубой очистки топливо засасывается подкачивающим насосом и подаётся через фильтр тонкой очистки в полость насоса высокого давления, с помощью которого топливо дозируется и подаётся по топливопроводу высокого давления и через форсунку впрыскивается в цилиндр.Подаваемое избыточное топливо из полости насоса васокого давления по трубке возвращается в бак.Непрерывная циркуляция топлива обеспечивает отвод пузырьков воздуха и паров топлива, исключает образование паровах пробок и выравнивает температуру топлива.Топливо, просачивающееся через зазоры форсунок, отводится в бак по трубке.

 

1 – кран проходной;2 –  кран сливной;3 – бак тпливный;4 – трубка сливная от форсунок;5 – трубки высокого давления;6 – форсунка;7 – указатель давления  топлива;8 – вентиль продувочный;9 – фильтрующие элементы тонкой  очитски;10 – насос подкачивающий;11 – секция топливного насоса;12 – фильтр грубой очистки топлива. 

V.Расчет и построение тяговых и динамических

характеристик  трактора.

Тяговую характеристику строят в функции силы тяги на крюке при установившейся работе трактора на горизонтальном участке для заданных почвенных условий. Должны быть построены графические зависимости скорости движения V, тяговой мощности η_тяг  и удельного расхода топлива g_кр от силы тяги на крюке P_кр.

Для выбранных скоростных режимов работ рассчитываются:

Касательная сила тяги трактора

,кН

Теоретическая и действительная скорости движения:

,км/ч           ,км/ч

δ –  буксование.

         ,км/ч          

Сила  тяги на крюке:

, Н

Тяговая мощность на крюке:

, кВт

Удельный расход топлива и тяговый КПД трактора:

,кВт           

где , кг/час – часовой расход топлива, соответствующий работе трактора на данной передаче с тяговой мощностью N_кр;

– эффективная мощность двигателя в этих условиях;

Кроме рассмотренных зависимостей, в программе  в программе использованы эмпирические формулы для определения мощности и удельного расхода топлива  дизеля:

  _,кВт

_,г/кВтч

Часовой расход топлива определяется по выражению:

i_k – передаточное число коробки передач.

Тяговая характеристика рассчитывается на ЭВМ "ИСКРА-1030" по программе "Расчёт тяговой характеристики гусеничного трактора”. Шифр программы TPAKI.BAS.

Для использования программы  должны быть определены и вписаны:

 

N_н = 57,302 кВт - номинальная мощность двигателя;

n_н= 2200мин^-1 - максимальная частота вращения;

g_eн=172,1664 г/кВтч – удельный расход топлива при N_н;

P_н= 14 кН – номинальная сила тяги на крюке(по заданному тяговому классу);

δ_max=0,05 – коэффициент буксования при P_н;

r_k= 0,7264 м – радиус качения ведущих колёс;

G = 34,5312 кН  - сила тяжести трактора;

=0,918 - КПД трансмиссии принимается одинаковым для всех передач;

f = 0,15 - коэффициент сопротивления движению трактора;

z= 9 – число основных передач;

i_к1=3,7830; i_к2=3,2113; i_к3=2,7261; i_к4=2,3141; i_к5=1,9651; i_к6=1,6682; i_к7=1,4161; i_к8=1,2022; i_к9=1,0201; - передаточные числа коробки передач;

a=0,87, b=1,13, c=1, a₁=1,55, b₁=1,55, c₁=1 - опытные коэффициенты для определения     N_ex и g_ex.

В программе и таблице  расчета приняты обозначения:

N_x - расчетная мощность  двигателя, кВт;

P_к - касательная сила тяги, кН;

W_x - скорость движения трактора, км/ч;

P1_x  - сила тяги на крюке, кН;

N1_x – тяговая мощность на крюке, кН;

G_ex – удельный расход топлива на крюке;

E1(I) – тяговый КПД трактора;

 

По регулярной характеристике для  этих частот вращения определяются крутящий момент и мощность двигателя .Определяется сила сопротивления движению трактора P_f=fG.Коэффициент f принимается постоянным для всех режимов работы трактора. Для выбранных скоростных режимов определяются значения:

P_k ,V_T ,V,P_kp,N_kp,g_kp,η_тяг и  

Заключение

В данной курсавой работе произведён расчёт на основе трактора МТЗ-82. Проектируемый трактор отличается от прототипа следующими основными характеристиками.

1. Номинальная мощность  двигателя:

- прототипа 58,86кВт; - расчётный трактор 57,302 кВт;

2. Удельный расход топлива при работе на полной мощности: прототип 238 г/кВт ч;рассчётный трактор 172 г/кВт ч;

3. Расчётные скорости на передачах:

  прототип I – 2,50; расчётный трактор I –8,828 ;

II – 4,26                                  II – 10,4

III – 7,24                               III – 12,251

IV – 8,90                               IV – 14,432

V – 10,54                               V – 16,995

VI – 12,33                              VI – 20,021

VII – 15,15                             VII – 23,584