Расчет тягового агрегата

 

2.3. ПРОЦЕСС  СГОРАНИЯ

2.3.1. Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

C_vc = 20,16+ 1,74*10^-3*Т_С

Теплоемкость  смеси в конце сжатия C_vc = 21,355  кДж/(кмоль*К)

2.3.2. Коэффициент использования  теплоты

ξ_z = 0,85... 0,95

Коэффициент использования теплоты ξ_z = 0,9

2.3.3. Низшая теплота сгорания топлива

Н_и = 33910*С, + 125600*Н, - 10890*(О, - S,) - 2510*(9*Н, + W_T)

где С_т, Н_т, О_т, S_т, - массовые доли углерода, водорода, кислорода и серы в кг на 1 кг топлива (С_т+Н_т+О_т+S_т= 1) равные соответственно 0,85, 0,149, 0, 0,001;

W_t - массовая доля паров воды в продуктах сгорания в кг на 1 кг 
топлива (при расчете низшей температуры сгорания равно 0). 
Низшая теплота сгорания топлива Н_u = 44183  кДж/кг

2.3.4. Коэффициент избытка воздуха

а = 0,75 ...0,95

Коэффициент избытка воздуха а = 0,85

 

2.3.5. Теоретически необходимое количество  воздуха

Теоретическое необходимое количество воздуха  в киломолях

кмоль /кг

L₀ = 0,519    кмоль/кг

 Теоретическое необходимое количество воздуха в килограммах

1₀ = m _в *  L₀ ,     кг/кг

где m_B - молярная масса воздуха m_в = 28,96  кг/кмоль

1₀ = 15,0     кг/кг

2.3.6. Потери теплоты от неполноты  сгорания

ΔH_u = 119950  (1 - a)L₀ , кДж /кг

ΔH_u = 9347     кДж/кг

 

 

2.3.7. Количество молей продуктов сгорания

где m_т - молярная масса топлива m_т = 115 кг/кмоль

M₁ = 0,450 кмоль/кг

2.3.8. Количество молей продуктов  сгорания

М₂ = 0,495 кмоль/кг

2.3.9. Коэффициент молекулярного  изменения

где M_r - количество молей остаточных газов

М _г = γ · М,  кмоль /кг

М_г = 0,029    кмоль/кг

β = 1,11

2.3.10. Температура  конца сгорания

 

где   а₂, Ь₂, с₂ - численные коэффициенты квадратного уравнения

,        ,         .

где а₁, и b₁ - численные коэффициенты

a₁ = (15.50 + 13.80·α)·10^-4

b₁ = 18.40 + 2.60 ·α

а₁=  0,00272;  b₁ = 20,610;  а₂ =  0,00301; b₂ =   22,801;  с₂= -80146,1

T_z = 2613 К

2.3.11. Теплоемкость рабочей смеси  в конце сгорания

Изохорная теплоемкость рабочей  смеси в конце сгорания

C_vz =a₁ - T_z + b₁,  кДж /(кмоль   • К )

C_vz = 27,725   кДж/(кмоль*к)

 

2.3.12. Давление  конца сгорания

где λ- степень повышения давления

λ = 4,210

p_z = 5,580 МПа

Действительное  давление конца сгорания

p_zd = 0,85 · p_z,    МПа

p_zd =    4,464    МПа

 2.3.13. Степень предварительного расширения

ρ  = 1

2.4. ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

2.4.1. Степень последующего расширения  газов

ε = 7,6

2.4.2. Давление и температура конца  расширения

 

 

где n₂ - показатель политропы расширения n₂ = 1,26

р_b = 0,429   МПа,      Тк = 1527 К

 

2.5. ПРОЦЕСС  ВЫПУСКА

Давление и  температура остаточных газов были приняты ранее, при расчете процесса впуска. Уточненное значение температуры газов в конце процесса выпуска можно расчитать по формуле:

T_r = 984 K

 

 

 

Относительная погрешность выбора температуры

δT_t = -1,6

2.6. ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

2.6.1. Среднее индикаторное давление

 

 

 

p_i = 1,032     МПа

Действительное  среднее индикаторное давление

p_i = φ_n ·p_i,    МПа

где ф_п - коэффициент полноты диаграммы φ_n = 0,955

p_i = 0,986    МПа

2.6.2. Индикаторный коэффициент полезного  действия

 где R -универсальная газовая постоянная R=   8,314   кДж/(кмоль*К)

η_i= 0,304

2.7. ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

 

2.7.1. Механические потери

p_м = а₃ + b_з · V_n ,   МПа

где а₃ и Ь₃ - численные коэффициенты

короткоходные (S/D < 1) a₃ = 0,039  b₃ = 0,0132

длинноходные (S/D > 1) a₃ =0,049  b₃ = 0,0152

Vn - средняя скорость поршня

 

V_n = 8,533

p_M = 0,152 МПа

 

 

2.7.2. Среднее эффективное давление

p_e = 0,834

2.7.3. Механический коэффициент полезного  действия

η_м = 0,846

2.7.4. Эффективный коэффициент полезного  действия

η_е =     0,257

2.8. ОСНОВНЫЕ  РАЗМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ

2.8.1. Рабочий объем цилиндра

где τ - коэффициент тактности τ = 4

V_h = 0,546    дм³

 

2.8.2. Диаметр цилиндра

 

 

где k - отношение хода поршня к диаметру цилиндра k = 0,8696

D = 0,93     дм

2.8.3. Ход поршня

S = к · D,    дм

S = 0,81      дм

2.9. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

Текущее значение объема

 

где λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна   λ =   0,265

V_c - объем камеры сгорания

 

V_c = 0,083    дм³

Текущее давление:

для политропы  сжатия:

для политропы  расширения:

где V_a -полный объем цилиндра     V_a = V_c + V_h ,    дм³      V_a = 0,628   дм³

Таблица 2.1.

Угол поворота кривошипа φх,  °	Объем Vx, дм3	Давление  рх, МПа
0	0,083	0,088
30	0,128	0,088
60	0,246	0,088
90	0,391	0,088
120	0,519	0,088
150	0,601	0,088
180	0,628	0,088
210	0,601	0,093
240	0,520	0,113
270	0,392	0,164
300	0,247	0,306
330	0,129	0,732
360	0,083	1,325
360	0,083	5,580
390	0,128	2,693
420	0,245	1,180
450	0,391	0,655
480	0,518	0,458
510	0,600	0,380
540	0,628	0,359
570	0,601	0,115
600	0,520	0,115
630	0,393	0,115
660	0,248	0,115
690	0,129	0,115
720	0,083	0,115

2.10. ПОСТРОЕНИЕ РАЗВЕРНУТОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ УДЕЛЬНОЙ СИЛЫ ИНЕРЦИИ И СУММАРНОЙ СИЛЫ

Удельная сила давления газов на поршень P_I = p_i - р_к,    МПа

где p_i -давление газов в цилиндре по диаграмме в координатах "p-V" Удельная сила инерции масс, движущихся возвратно-поступательно

где F_n - площадь поперечного сечения поршня F_n = 6762 мм²

m - масса деталей движущихся возвратно-поступательно m = 0,955 кг

ω - угловая скорость коленвала ω = (π · n)/30,   с^-1 ω=   334,9 с^-1

Таблица 2.2.

Угол поворота кривошипа φх,  °	Давление газов на поршень  Рi, МПа	Удельная сила инерции  Pj, МПа	Суммарная сила Р, МПа
0	-0,013	-0,809	-0,821
30	-0,013	-0,639	-0,651
60	-0,013	-0,235	-0,248
90	-0,013	0,169	0,156
120	-0,013	0,404	0,392
150	-0,013	0,469	0,456
180	-0,012	0,470	0,457
210	-0,007	0,469	0,462
240	0,013	0,405	0,418
270	0,064	0,171	0,235
300	0,206	-0,233	-0,027
330	0,632	-0,637	-0,005
360	1,225	-0,809	0,416
368	4,364	-0,798	3,566
390	2,593	-0,641	1,953
420	1,080	-0,238	0,842
450	0,555	0,167	0,722
480	0,358	0,403	0,761
510	0,280	0,469	0,749
540	0,259	0,470	0,729
570	0,015	0,469	0,484
600	0,015	0,406	0,421
630	0,015	0,173	0,188
660	0,015	-0,230	-0,215
690	0,015	-0,635	-0,620
720	0,015	-0,809	-0,794

 

 

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ СЕРИЙНОГО ТРАКТОРА

 

3.1. Исходные  данные

Марка трактора  T-150

Номинальное тяговое  усилие  P_кр.н= 30 кН

Эксплуатационная  масса трактора  m_э = 7400 кг

Тип трактора   Гусеничный

Передаточные  числа трансмиссии:

на первой передачи i_тр1 = 33,2

на второй передачи i_тр2 = 29,5

на третей передачи i_тр3 = 27

на первой передачи i_тр4 = 24

Максимальная  мощность двигателя  N_e.m. = 110 кВт

Почвенный фон  поле под посев

 

3.2. Определение основных параметров трактора

из технической  характеристики трактора

3.2.1. Вес трактора

Эксплуатационный  вес трактора

G₃ = 10^-3 m_эg

где g - ускорение свободного падения, м/с².

G_э = 73 кН

Конструктивный  вес трактора

G₀ = 0,9·G,

 

G₀ = 65 кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.2. Основные параметры движителей

 

3.2.2.1. Гусеничный трактор

 

 

l_зв - шаг гусеничного звена, м  l_зв = 0,17 м

Z_k - число зубьев звездочки  Z_k = 14

r_k = 0,38     м

 

3.3. Расчет  и построение регуляторной характеристики

Используются  следующие формулы:

1. Частота вращения (мин^-1 ):

- на холостом  ходу

 

где n_н - номинальная частота вращения, мин^-1 n_н =     2000     мин

δ_Р - степень неравномерности регулятора частоты вращения (у тракторных дизелей δ_р = 0,07 )

- при  максимальном крутящем моменте

где К₀ - коэффициент приспособляемости по частоте вращения коленвала 
(у тракторных дизелей К₀ =1,45)

2. Крутящий момент (Н·м):

- на номинальном режиме

- на режиме максимальной перегрузки

М_д.м  = М_д.н · К_м

где К_м - коэффициент запаса крутящего момента

 (у тракторных дизелей К_м = 1,19)

 

 

 

 

 

3. Эффективная мощность при М = М_д.м. (кВт):

4. Часовой расход  топлива (кг/ч):

- на номинальном режиме

- на холостом ходу

G_т.х = (0,25...0,30)·G_т.м

- на режиме максимальной перегрузки

где g_e.o ⁼ (1,15...1,20)· g_e.н    г/(кВт·ч)

g_e.н - удельный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт·ч)

g_{e н} = 252      г/(кВт·ч)

Для построения кривой g_e, помимо двух найденных выше значений, определяют g_е на регуляторной ветви при М_д =0,5 М_д.н:

Результаты  расчета показателей регуляторной характеристике.

Таблица 3.1

Режим работы	nд, мин-1	Мд, Нм	Ne, кВт	Gт, кг/ч	ge, г/(кВт*ч)
Холостой ход	2140	0	0	7,6	оо
Номинальная мощность	2000	525	110,0	27,7	252
Максимальная  перегрузка	1379	625	90,3	26,7	296
Мд =0,5 Мд.н.	2070	254	55,0	17,7	321