Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Ульяновский государственный университет

Институт медицины, экологии и физической культуры

Экологический факультет

Кафедра лесного хозяйства

Курсовой проект

по дисциплине Машины и механизмы в лесном хозяйстве

Расчеты, связанные с транспортом в лесном хозяйстве

Ульяновск 2008

Работа 1

Содержание работы

1.Усвоить основные понятия, характеризующие работу двигателя

2.Рассчитать основные параметры, определяющие техническую

характеристику двигателя

3.Составить отчет о выполненной работе

Указания к работе

Уяснить понятия индикаторной, эффективной и литровой мощности двигателя, удельного индикаторного и эффективного расхода топлива.

Таблица 1 - Исходные данные

Решение

В результате рабочего цикла часть тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива превращается в механическую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая на коленчатом валу двигателя крутящий момент.

Мощность двигателя зависит от степени использования тепла, которое выделяется при горении топлива в цилиндре. В полезную работу превращается только 30-40 % выделившегося тепла, остальное тепло уходит с отработанными газами, отводится от нагретых деталей двигателя посредством систем охлаждения и смазки, и теряется.

Различают индикаторную и эффективную мощности. Индикаторной называют мощность, которая развивается внутри цилиндра двигателя. Индикаторную мощность можно определить по формуле:

Ni = Pi × Vh × i × n, кВт,

τ

Ni = 1,05 × 0,86 × 6 × 64 = 173кВт

2

где Pi – среднее индикаторное давление, МПа;

Pi= 1050кПа = 1,05 МПа

i – число цилиндров двигателя;

i = 6 шт

n – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/с;

n=ω / (2 × π) = 400 / (2 × 3, 14) = 64об/с

τ – тактность двигателя, об/цикл.

τ = 2 об/цикл.

Среднее индикаторное давление четырехтактных и двухтактных дизельных двигателей составляет 0,6-1,1 МПа (6-11 кг/см²).

Тактность двигателя – это число, показывающее, за сколько оборотов коленчатого вала совершается рабочий цикл. Для четырехтактных двигателей τ = 2, для двухтактных - τ = 1.

Объем, освобождаемый поршнем при перемещении от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), называется рабочим объемом цилиндра Vh:

Vh = π × d² × 10³ × S, л

4

Vh=3, 14 × 0, 01 × 10³ × 0,11= 0,86 л

4

Здесь: d – диаметр поршня, м;

d = 100 мм = 0, 1 м

S - ход поршня, м (расстояние между ВМТ и НМТ).

S = 110 мм = 0,11 м.

Сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах, - литраж двигателя (Vл):

Vл = Vh × i, л

Vл = 0,86 × 6 = 5,2 л.

Если выразить рабочий объем цилиндра через литраж двигателя, то индикаторная мощность будет равна

Ni = Pi × Vл × n, кВт

Τ

Ni = 1,05× 5,2×64= 175кВт

2

При работе двигателя часть индикаторной мощности затрачивается на преодоление сопротивления трения движущихся деталей двигателя. Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью трения (NT).

Мощность двигателя, снимаемая с его коленчатого вала, называется эффективной мощностью (Nе):

Nе = Ni – Nт.

Отношение эффективной мощности к индикаторной мощности называется механическим коэффициентом полезного действия – КПД (ηм):

ηм = Nе

Ni.

Для четырехтактных дизельных двигателей ηм = 0,73-0,85, для двухтактных – 0,70-0,75.

Отсюда следует, что:

Nе = Ni – Nт = Ni × ηм = 173× 0, 8= 138кВт

где ηм=0,8

Среднее эффективное давление (Pе) меньше среднего индикаторного (Pi):

Pе = Pi × ηм.

Ре = 1,05 × 0, 8= 616 кПа = 0,616 МПа

Мощность двигателя, таким образом, зависит от его литража, давления газов в цилиндрах и частоты вращения коленчатого вала, а также от технического состояния двигателя.

При подборе двигателя с точки зрения рационального использования размеров цилиндров пользуются понятием «литровая мощность».

Литровая мощность – это эффективная мощность, отнесенная к одному литру объема двигателя, измеряется в киловаттах на литр (кВт/л).

Nл = Nе = Pе × n

Vл τ

Nл = 138= 0,84× 64= 26,5кВт/л

5,2 2

В зависимости от совершенства конструкции и технического состояния двигатель для выполнения одной и той же полезной работы расходует разное количество топлива. Масса топлива, расходуемого двигателем в единицу времени, называется расходом топлива. Зная расход топлива, можно определить индикаторный и эффективный удельные расходы топлива.

Удельный индикаторный расход топлива (qi) – это масса топлива, расходуемая на единицу индикаторной мощности в один час:

qi = 3600 × Gt, кг/кВт·ч

Ni

qi = 3600 × 0,003 = 0,06 кг/кВт·ч

175

где Gt – расход топлива, кг/с.

Gt = 0.003 кг/с

Удельный эффективный расход топлива (qe) – это масса топлива, расходуемая на единицу эффективной мощности в один час:

qe = 3600 × Gt, кг/кВт·ч.

Ne

qe = 3600 × 0,003 = 0,08 кг/кВт·ч.

138

В современных тракторных дизельных двигателях удельный эффективный расход топлива составляет 0,23-0,27 кг/кВт·ч.

Итог работы

Мы уяснили понятия индикаторной, эффективной и литровой мощности двигателя, удельного и эффективного расхода топлива.

По сравнению с удельным эффективным расходом топлива современных тракторов, удельный эффективный расчет топлива по моим расчетам получился большим. Следовательно, данный двигатель тратит больше топлива на единицу эффективной мощности в час, чем современные трактора.

Работа №2

Баланс мощности трактора

Цель работы: ознакомиться с понятием баланса мощности трактора и изучить его составляющие.

Содержание работы

1.Усвоить основные понятия баланса мощности трактора

2.Определить составляющие эффективной мощности трактора

3.Составить отчет о выполненной работе

Указания к работе

Уяснить понятия полезной мощности трактора, мощностей, затрачиваемых на преодоление различных сопротивлений, тягового коэффициента полезного действия, сцепного веса трактора.

Таблица 2 - Исходные данные

Решение

При работе тракторного агрегата только часть мощности, развиваемой двигателем, используется на выполнение полезной работы. Баланс мощности трактора при установившемся движении можно представить формулой:

Nе = Nтр + Nпер + Nбукс ± Nпод + Nвом + Nтяг,

где Nе – эффективная (эксплуатационная) мощность двигателя;

Nтр – мощность, затрачиваемая на преодоление трения в силовой передаче и на ведущих участках гусениц (для гусеничных тракторов);

Nпер – мощность, расходуемая на самопередвижение трактора;

Nбукс – мощность, теряемая на буксование трактора;

Nпод – мощность, идущая на продоление подъема при движении трактора вверх по склону (знак “минус” – при движении вниз по склону);

Nвом – мощность от вала отбора мощности (ВОМ);

Nтяг – тяговая, рабочая мощность на навесном или прицепном устройстве трактора.

При работе трактора в агрегате с машинами, рабочие части которых приводятся в действие от вала отбора мощности трактора (фрезы, опрыскиватели), затрачиваемая на этот привод мощность N вом, как и тяговая мощность N _тяг, относится к полезной мощности.

Потери мощности в силовой передаче происходят вследствие трения поверхности зубьев зубчатых колес, подшипников и сальников, а также на перемешивание масла в картерах зубчатых передач. Характеризуются такие потери механическим коэффициентом полезного действия ηмех.

В гусеничных тракторах, кроме того, часть мощности затрачивается на преодоление трения в зацеплении ведущих звездочек со звеньями гусениц, а также в шарнирах ведущих ветвей гусениц.

Соответственно для колесных тракторов ηмех = 0,92-0,91; для гусеничных ηмех = 0,88-0,86. Эти значения принимаются в расчетах.

Величина потери мощности в силовой передаче определяется по формуле:

Nтр = Nе (1 - ηмех)

Nтр = 66× (1 – 0,92) = 5,28кВт,

где Nе = 66кВт;

Мощность, теряемая на самопередвижение трактора при работе, также не остается постоянной. Nпер состоит из потерь на трение в механизмах гусеничного движителя, в шарнирах гусеничных цепей (кроме ведущих участков), в опорных катках, поддерживающих роликах и направляющих колесах, а также потерь на вертикальное прессование почвы, т.е. на образование колеи.

Мощность, затрачиваемая на самопередвижение, может быть определена по формуле:

Nпер = QT × f × Vc, кВт,

1000

Nпер = 62230 × 0, 03 × 1,7 =3,17 кВт

1000

где QT – сила тяжести трактора, Н;

QT = МT × g = 6350 × 9, 8 = 62230Н.

МT – конструктивная масса трактора, кг;

Мт = 6350 кг.

g – ускорение свободного падения;

g = 9, 8 м/с²

f – коэффициент сопротивления передвижению трактора;

f = 0,03

Vc – скорость движения трактора, м/с;

Vс = 1,7 м/с.

Заменив