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
Содержаниеработы
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
| Показатели | Значения | Ед.измерения |
| Диаметр поршня | 100 | мм |
| Ход поршня | 110 | мм |
| Число цилиндров | 6 | шт. |
| Угловая скорость | 400 | рад/с |
| Тактность | 2 | об |
| Индикаторное давление | 1050 | кПа |
| КПД | 0,8 | - |
| Расход топлива | 0,003 | кг/с |
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.
1.Усвоить основные понятия баланса мощности трактора
2.Определить составляющие эффективной мощности трактора
3.Составить отчет о выполненной работе
Уяснить понятия полезной мощности трактора, мощностей, затрачиваемых на преодоление различных сопротивлений, тягового коэффициента полезного действия, сцепного веса трактора.
Таблица 2 - Исходные данные
| Показатели | Значения | Единицаизмерения |
| Марка трактора | ДТ-75М | |
| Состояние дороги | Ледяная дорога | |
| Эксплуатационнаямощность | 66 | кВт |
| Конструктивная масса | 6350 | кг |
| Коэф-т сопротивленияпередвижению | 0,03 | |
| Скорость движениятрактора | 1,7 | м/с |
| Коэффициентбуксования | 6 | % |
| Подъем пути | 0 | |
| Крутящий момент, развиваемый на ВОМ | 150 | Н∙м |
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 Nвом, как и тяговая мощность Nтяг, 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