В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленчатого вала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60...70 %.

Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне.

Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном.

Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла.

Из рис. 1 видно, что топливная смесь (голубой цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.

Рис. 1. Принцип работы двухтактного двигателя

Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится в нижней мертвой точке, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливовоздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Принцип зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. Чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому, что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ.

2. Цилиндропоршневая группа. Шатуны. Группа коленчатого вала. Подшипники. Уравновешивание двигателя

Основными элементами коленчатого вала являются коренные 4 и шатунные 2 шейки, соединяющие щеки 3, носок 5 и хвостовик 1. Две коренные шейки, шатунная шейка и щеки, соединяющие их, образуют кривошип.

Усилия со стороны газов и силы инерции при большой длине вала вызывают заметные продольные и угловые деформации, а при продолжительных воздействиях могут привести к усталостным разрушениям.

Шейки коленчатого вала работают при больших скоростях и значительных тепловых и механических нагрузках.

Коренные и шатунные подшипники коленчатых валов представляют собой тонкостенные вкладыши. Они служат для уменьшения износа коренных шеек и опор.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготавливают из малоуглеродистой стальной ленты с тонким антифрикционным высокооловянистым алюминиевым слоем. В каждом подшипнике установлено по два вкладыша. Осевому перемещению и проворачиванию вкладышей в постелях блока цилиндра или в разъемных нижних головках шатунов препятствуют специальные усики, выштампованные на вкладышах, и соответствующие пазы в крышках подшипников блока цилиндров или нижней головки шатунов. Все коренные вкладыши имеют кольцевые проточки, по которым масло непрерывным потоком подается к шатунным подшипникам. Для прохода масла из масляных каналов в перегородках и стенках картера во вкладышах имеются специальные сверления. Эти сверления делаются на всех коренных вкладышах, что необходимо для предупреждения ошибок при установке вкладышей в постели.

Триметаллические вкладыши состоят из стальной ленты, на которой методом порошковой металлурги нанесен медно-никелевый подслой, поверх которого находится антифрикционный сплав типа СОС 6-6.

Уравновешенность - это состояние двигателя, которое при установившемся режиме работы характеризуется постоянными по значению и направлению силами и моментами, действующими на опоры.

Для уравновешивания сил инерции и моментов этих сил в многоцилиндровых двигателях необходимо, чтобы равнодействующие всех сил инерции, действующих на плоскостях, проходящих через ось вала, а также сумма моментов этих сил относительно выбранной оси равнялись нулю.

При разработке двигателей важно правильно выбрать соответствующее число и расположение цилиндров, схему расположения кривошипов, место установки простейших противовесов и сложных уравновешивающих механизмов. С целью достижения уравновешенности двигателя выполняют соответствующие требования при производстве двигателей, их сборке, регулировке, ремонте и эксплуатации. При этом соблюдают допуски на массы и размеры поршней, шатунов, коленчатого вала и других деталей; проводят статическую и динамическую балансировки коленчатого вала; регулируют рабочий цикл во всех цилиндрах, стремясь обеспечить одинаковое их наполнение, одинаковые степени сжатия, моменты зажигания или впрыскивания топлива и т. д.

Уравновешивание - комплекс конструктивных, производственных и эксплуатационных мероприятий, направленных на уменьшение или полное устранение неуравновешенных свободных сил инерции и моментов. Например, устанавливая противовесы, можно уравновесить центробежную силу Рс и её момент. Силы инерции первого и второго Рд порядков в одно-, двух- и четырехцилиндровых двигателях можно уравновесить с помощью специальных громоздких уравновешивающих механизмов, которые применяют крайне редко. Для шести- и более цилиндровых двигателей такие устройства не требуются.

К числу дополнительных мероприятий по уравновешиванию двигателей относится установка на переднем конце коленчатого вала гасителя колебаний, поскольку эта часть вала совершает наибольшие по амплитуде отклонения - крутильные колебания. Гасители поглощают энергию колебаний, подводимую к валу двигателя извне, благодаря трению между элементами гасителя и тем самым уменьшают амплитуду колебаний.

Широко применяют гасители колебаний жидкостного трения. Равномерно вращающийся при работе двигателя маховик помещают в герметичный корпус, заполненный кремнийорганической жидкостью (силиконом). При колебаниях стенки маховика вовлекают в движение слои силикона, работа сил трения жидкости поглощает энергию колебаний.

Для уменьшения крутильных колебаний можно также создавать инерционные реактивные моменты в определенном сечении вала. Для этого в соответствующем месте следует установить гасители колебаний маятникового или упругомассового типа.

3. Возможные неисправности кривошипно-шатунного механизма

К неисправностям кривошипно-шатунного механизма относятся:

- износ коренных и шатунных подшипников;

- износ поршней и цилиндров;

- износ поршневых пальцев;

- поломка и залегание поршневых колец.

Основными причинами данных неисправностей являются:

- выработка установленного ресурса двигателя;

- нарушение правил эксплуатации двигателя (использование некачественного масла, увеличение сроков технического обслуживания, длительное использование автомобиля под нагрузкой и др.)

Практически все неисправности кривошипно-шатунного механизма (КШМ) могут быть диагностированы по внешним признакам, а также с помощью простейших приборов (стетоскопа, компрессометра). Неисправности КШМ сопровождаются посторонними шумами и стуками, дымлением, падением компрессии, повышенным расходом масла.

3. Определение номинального тягового усилия с учётом агротехнических требований.

Определить номинальное тяговое усилие Ркр.н. заданного трактора и сравнить его со значением по тяговому классу.

Определить оптимальный по максимуму тягового КПД энергосберегающий режим работы трактора и соответствующие значения тягового усилия Ркр.oпт, рабочей скорости Voпт и коэффициента буксования допт.

Сравнить допт с допустимым по агротехническим требованиям буксованием дА и при допт>дА определить допустимые значения тягового усилия трактора и рабочей скорости . Показать оптимальные и допускаемые по буксованию значения тягового усилия и рабочей скорости на тяговой характеристике трактора.

Исходные данные для расчета: Т-4А, гусеничный, тяговый класс 4, масса 9,010, почвенный фон - стерня

Решение:

Номинальное тяговое усилие трактора:

Ркр.н=mgцкрн =9010Ч9,81Ч0,5 =44,2 кН

где m - эксплуатационная масса трактора, т; g- ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2; цкрн =0,5- коэффициент использования сцепного веса трактора при допустимом (номинальном) буксовании.

Согласно таблице 3.2 тяговому классу 4 соответствует диапазон тяговых усилий-36….45 кН

Для определения РКРопт необходимо выразить тяговый КПД трактора в функции РКР, на основании известного из теории трактора исходного выражения

зТ = зТP Ч зf Ч зд

где зТ - тяговый КПД трактора; зТP; зf; зд - КПД, учитывающие потери мощности соответственно в трансмиссии, на самопередвижение трактора и на буксование.

При установившемся режиме работы можно принять зтр=0,88

Значение зf определим по формуле:

зf=0,5/(0,5+0,07) =0,877

здесь коэффициент сопротивления качению трактора -f =0,07

Значение зд зависит от самого буксования д.

зд = 1 - д =1-0,016 =0,984

Коэффициент буксования д определяется по эмпирической формуле:

д =аЧцкр/(b-цкр)

где а, b - эмпирические коэффициенты, определяемые по результатам тяговых испытаний тракторов: а =0,0089, b =0,777.

д =0,0089Ч0,5/(0,777-0,5) =0,016

Тяговое кпд трактора:

зт =0,88(0,5/(0,5+1))Ч(1-0,0089Ч0,5/(0,777-0,5)) =0,76

Определим оптимальное значение: цкр.опт = с ±v(с2-d)

с =0,777Ч0,07(1+0,0089)/(0,777-(1+0,0089)Ч(0,777-0,07)) = 0,86

d =0,7772Ч0,07/(0,777-(1+0,0089)Ч(0,777-0,07)) = 0,66

цкр.опт = 0,86 -v(0,862-0,66) =0,58

По значению цкр.опт определим соответствующее оптимальное тяговое усилие трактора:

Ркр.опт=mgцкр.опт =9010Ч9,81Ч0,58 =51,2 кН

Коэффициент буксования допт:

допт=0,0089Ч0,58/(0,777-0,58) =0,026

Определим оптимальную рабочую скорость: Vопт =Vт.опт(1-допт) или

Vопт =99,26Ч0,9Ч0,88(1-0,026)/(51,2+9,01Ч9,81Ч0,07) =1,33

Сравним расчетное значение коэффициента буксования допт с допустимым значением дд.

Для гусеничных тракторов дд =0,05; 0,05 >0,026. Так как необходимое условие выполнено, дальнейший расчёт можно не производить.

Список литературы

Размещено на Allbest.ru