БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ.
Кафедра тракторов автомобилей
ремонта и эксплуатации МТА
Курсовой проект
на тему: Расчет автотракторного двигателя Д-248.
Выполнил: студент 41 гр.
Проверил: Навицкий А.С.
Белгород.

Исходные данные:

Марка трактора	n об/мин	Агрофон	ε	α	λ	ξ	δ	Двигатель
ЛТЗ-60	2000	культивация	16	1,6	2,2	0,88	2,3	Д-248

1.Тепловой расчет двигателя

Тепловой расчет двигателя позволяет аналитически с достаточной степенью точности определить основные параметры вновь проектируемого или модернизированного двигателя, а также оценить индикаторные и эффективные показатели работы созданного двигателя. Рабочий цикл рассчитывают для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы двигателей, основных размеров, а также выявления усилий, действующих на его детали, построение характеристик и решения ряда вопросов динамики двигателя. Результаты теплового расчета зависят от совершенства оценки ряда коэффициентов, используемых в расчете и учитывающих особенности проектируемого двигателя. Они будут тем ближе к действительным, чем больше используются фактические данные испытаний таких двигателей, которые по ряду основных параметров близки к проектируемому.
В качестве исходных данных для теплового расчета задаемся следующим:
тип двигателя - четырехтактный, четырехцилиндровый, однорядный, однокамерный дизель. Номинальная мощность дизеля N=60кВт, номинальная частота вращения nн=2000об/мин; степень сжатия ε=16, коэффициент тактности τ=4; коэффициент избытка воздуха α=1,6.Дизельное топливо ,,Л,, (ГОСТ305-82); низшая удельная теплота сгорания топлива Qн=42500кДж/кг; средний элементный состав: С=85,7%, Н=13,3%, Q=1%. Расчет ведем для сгорания 1кг топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:

или

где μв- масса 1-го кмоля воздуха(μв=28,96кг/кмоль).
Количество свежего заряда:

Общее количество продуктов сгорания:

При этом химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Атмосферные условия принимаем следующие: P0=0,1МПа, T0=288K. Давление окружающей среды
P0= Pк=0,1МПа, температура окружающей среды T0= Tк=288 K. Давление и температура остаточных газов: , принимаем Tr=930К.
Процесс впуска. Принимаем температуру подогрева свежего заряда
Плотность заряда на впуске:

где Rв=287Дж/кг∙град- удельная газовая постоянная для воздуха.
Принимаем  и
Тогда потери давления на впуске в двигатель:

Давление в конце впуска:

Коэффициент остаточных газов:

Температура в конце впуска:

Коэффициент наполнения:

Процесс сжатия. Показатель политропы сжатия можно определить по эмпирической формуле:

Давление в конце сжатия:

Температура в конце сжатия:

Средняя молярная теплоемкость заряда(воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов):

Число молей остаточных газов:

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

Процесс сгорания. Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания жидкого топлива в дизеле:

Число молей газов после сгорания:

Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Принимаем коэффициент использования теплоты . Тогда количество теплоты передаваемой газом на участке cz.z при сгорании 1кг топлива:

Принимаем степень повышения давления λ=2,2. Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания для дизеля:


Решаем уравнение относительно Tz и находим Tz= 2380

Степень предварительного расширения:

Процесс расширения. Степень последующего расширения:

С учетом характерных значений показателя политропы расширения для заданных параметров дизеля принимаем n2= 1,17. Тогда


Проверим правильность ранее принятой температуры остаточных газов:



Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя:

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы ν=0,95.
Среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы:

Индикаторный КПД.

Индикаторный удельный расход топлива:

Эффективные показатели двигателя. Принимаем предварительную среднюю скорость поршня Wп.ср=8,3м/с.
Среднее давление механических потерь:

Среднее эффективное давление:

Механический КПД:

Эффективный КПД:

Эффективный удельный расход топлива:

Основные параметры цилиндра и удельные параметры двигателя:
Мощность двигателя:

Площадь поршня:


Средняя скорость поршня:

Эффективный крутящий момент двигателя:

Часовой расход топлива:

Удельная поршневая мощность:

Если принять массу сухого двигателя без вспомогательного оборудования Gсух=430кг, то литровая масса:

и удельная масса:

2.Кинематический расчет.

Основная задача кинематического расчета состоит в определении закона движения поршня и шатуна. При этом в кинематическом расчете делаются допущения, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью  Это позволяет рассчитывать все кинематические параметры механизма в зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала φ , который при  пропорционален времени, т.е. или , так как  и .
Исходные данные: двигатель- с центральным кривошипно - шатунным механизмом; номинальная частота вращения коленчатого вала ;
ход поршня -  ; радиус кривошипа - ; постоянная
Угловая скорость кривошипа:

При работе двигателя поршень совершает возвратно-поступательные движения, для характеристики которого определяют перемещение Sx, скорость Wп и ускорение jп. Рассчитываем перемещения поршня Sx, скорости поршня Wп , ускорения поршня jп. Через каждые 10° поворота коленчатого вала и полученные значения заносим в таблицу. Формула для расчета перемещения поршня имеет вид:

Скорость поршня определяется по формуле:

Ускорения поршня определяется по формуле:

Средняя скорость поршня:

Кинематические параметры двигателя.

3. Построение индикаторной диаграммы.

В соответствии с текущими данными данными дизеля принимаем:  , ,   , .
В результате теплового расчета получены давления в характерных точках диаграммы:

Значения показателей политропы сжатия и расширения:
Степень предварительного расширения:   .
Степень последующего расширения: .
Среднее индикаторное давление:
1)                Для построения расчетной индикаторной диаграммы определяем относительную высоту камеры сгорания  :


2) Рассчитываем степень сжатия Еx, давление на участке сжатия рcx, степень последующего расширения δx, текущее давление на участке расширения рвx:
;
;
;
.
Полученные данные заносим в таблицу.
По полученным точкам строим индикаторную диаграмму.
Проектируем расчетную индикаторную диаграмму с целью ее приближения к действительной с учетом данных по фазам распределения и углу опережения впрыскивание топлива для дизеля Д-248, которые приведены в таблице.

4.Динамический расчет  двигателя

Исходные данные: угловое ускорение кривошипа: , угловая скорость кривошипа , постоянная кривошипно-шатунного механизма ; приведенные массы деталей кривошипно-шатунного механизма:            площадь поршня Fп=0,009498мІ
1) Определение значения избыточного давления газов на поршень по формуле , полученные значения вносим в таблицу.
2) Центробежная сила инерции:

3) Расчетные значения сил инерции поступательно движущихся масс Pj также приведены в таблице.
4) Расчетные значения сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме одного цилиндра за один рабочий цикл дизеля, приведены в таблице. При этом соответствующие значения тригонометрических функций для постоянной   также приведены в таблице.
5) Для контроля правильности сил рекомендуются сделать проверку сравнения  среднего значения потенциальной силы T, определенным по данным таблицы, со средним значением тангенциальной силы, полученного по данным теплового расчета. Разница в полученных расчетов не должна превышать 5%.
Для рассматриваемого дизеля: расчет сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме одного цилиндра двигателя Д-248.

5 Тяговый расчет двигателя

Имеем трактор ЛТЗ-60,номинальнальная мощность 74,8кВт, частота врашения 2000об/мин, удельный расход топлива 166г/кВт ч.
Расчетная сила тяжести трактора:

где Ркр.оп = 9000Н - оптимальная сила тяги, φкр.оп = 0,25 оптимальное значение коэффициента использования сцепления, λ=0,85.
Находим расчетную эксплутационную массу.

где g=9,8м/с - ускорение свободного падения.
Механический КПД трансмиссии определяется из формулы:

где ηц= и ηк – КПД цилиндрических и конических шестерен трансмиссии, работающих на 1 передаче.
ξ – коэффициент, учитывающий, какая часть номинального крутящего момента двигателя затрачивается на холостое прокручивание двигателя.
Теоретическая скорость трактора на основной передаче;

Конструктивная масса трактора:

Где my= 60кг/кВт удельная масса трактора, Nе=74,8кВт- мощность двигателя. Минимальная эксплутационная масса:

Основные параметры ходовой системы. Радиус качении колес рассчитывают по формуле:

Где d и b наружный диаметр обода и ширина профиля покрышки, 0,8…0,85- коэффициент, учитывающий радиальную деформацию шин.
Передаточные числа трансмиссии. Знаменатель геометрической прогрессии определяют по формуле:
;
где - оптимальная касательная сила тяги на 1 основной передаче, z- число передач, -минимальна касательная сила тяги на высшей основной передачи.
 
σТ=2,25- диапазон рабочих тяговых усилий проектируемого класса, для универсально пропашных тракторов (σТ=2…2,5).
Передаточное число соответствующая первой передаче:

Передаточное число для второй передачи:

Передаточное число для третьей передачи:
.
Расчет для построения тяговой характеристики.
Частота вращения холостого хода:

где δр=(0,06…0,08)- степень неравномерности регулятора числа оборотов.
Частота вращения при максимальном крутящем моменте:

где К0=(1,3…1,6)-коэффициент приспособляемости двигателя по оборотам.
Максимальный крутящий момент:

где КМ=1,12- коэффициент запаса крутящего момента, -номинальный крутящий момент.
Эффективная мощность при максимальном крутящем моменте:

Часовой расход на номинальном режиме загрузки:

Часовой расход топлива при холостой работе:

Часовой расход топлива при максимальном крутящем моменте:

где -удельный расход топлива.

Результаты расчета по двигателю заносим в таблицу.
По данным таблицы строим регуляторную характеристику двигателя (рис. 8)
Построение кривой буксования ведущих колес.
Определяем сцепную силу тяжести:

Задаемся значениями φкр  от 0,1 до ,
Результаты заносим в таблицу:

Pкр	3599,99	7199,98	10799,97	14399,96	17999,95
Gсц	35999,9	35999,9	35999,9	35999,9	35999,9
φкр	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
δ	1	3	8	14	25

По полученным данным строим график буксования (рис 9).
Определение тягово-динамических и топливно-экономических показателей трактора.
Касательная сила тяги на режиме максимальной перегрузки определяется по формуле:



Касательная сила тяги при нормальном режиме для первой передачи:



Определяем усилие на крюку:
;
В режиме максимальной перегрузки;



Для номинального режима:



Определяем теоретическую скорость движения трактора:
При холостой работе трактора;



Для номинального режима:



Для режима максимальной перегрузки:



Действительная скорость движения трактора: :
Действительная скорость трактора на холостом ходу равна теоретической т.к. (δ=0). Номинальный режим:



Максимальная нагрузка:



Тяговая мощность трактора:
Для максимального режима;
;
;
;
Номинальный режим;
;
;
;
Тяговый КПД. Номинальный режим;
;  ; .
Максимальная перегрузка;
; ; .
 Удельный расход топлива;
Номинальный режим:



Максимальная перегрузка: