Как найти кпд двигателя трактора

Классификация тракторов по мощности двигателя

В России и странах СНГ мощность трактора определяется по тяговому классу, при этом учитываются количество лошадиных сил, тип ходовой части и масса машины. В зависимости от количества лошадиных сил двигателя можно выделить следующие основные классы:

1. К машинам класса 0,1 и 0,2 мощностью от 10 до 14 л.с. относятся мотоблоки, мини-тракторы и самоходные шасси.
2. Модели от 0,4 до 1,4 класса мощностью от 22 до 75 л.с. можно отнести к универсальной технике.
3. Машины класса 2 и выше — это тяжелая промышленная и сельскохозяйственная техника.

В зависимости от класса подбирается оптимальное навесное оборудование, а также определяются сфера применения и условия эксплуатации. Чем выше класс техники, тем в более сложных условиях он может работать.

Мощностной баланс и КПД трактора

Эффективная мощность двигателя расходуется на преодоление сопротивлений различного характера, которые возникают в процессе работы трактора, вследствие чего мощностной баланс имеет вид уравнения:

где N_e – эффективная мощность двигателя; N_тр, N_δ, N_f, N_j, N_i, N_пр – мощности, затраченные на трение в механизмах трансмиссии, на буксование ведущих органов, на качение машины, на изменение скорости движения в процессе разгона либо замедления, на преодоление подъёма либо спуска, на трение в приводе ВОМ; N_кр и N_в – полезные мощности (затраченные на тягу рабочих машин либо прицепов, вращение механизмов, получающих привод через ВОМ).

Общий коэффициент полезного действия трактора представляет собой отношение полезной мощности к мощности ДВС.

Тяговый коэффициент полезного действия основан на отношении мощности на крюке (N_кр) к мощности ДВС без учёта её затрат на привод ВОМ.

Если ВОМ не работает, то тяговый КПД равен общему:

Тяговый КПД также выражается как произведение коэффициентов полезного действия, которые учитывают потери на трение в механизмах трансмиссии (η_тр), на самопередвижение машины (η_f), на буксование ведущих колёс (η_о):

Коэффициент полезного действия, который учитывает потери на трение в механизмах трансмиссии, рассчитывается по уравнению:

где M_вед – крутящий момент на ведущих колёсах, M_к – крутящий момент двигателя, i_тр – передаточное число трансмиссии.

Коэффициент полезного действия с учётом буксования рассчитывается по выражению:

где δ – буксование ведущих колёс.

Коэффициент полезного действия, который учитывает потери на перекатывание, рассчитывается таким образом:

Последние три КПД возможно получить не только экспериментальным, но и расчётным путём.

Тяговый КПД гусеничного трактора также рассчитывается по уравнению (η_тяг=η_трη_f/η_δ), при этом потери на трение в ведущей части гусеницы включаются в общие потери на качение.

Определение мощности двигателя

Номинальная мощность двигателя определяется из условия
реализации номинального тягового усилия на заданной скорости

где V_н, м/с — скорость трактора при номинальном тяговом
усилии

η_мт — КПД механической
трансмиссии

η_б = 0,93 — 0,95 —
коэффициент, учитывающий потери на буксование

η_им =0,90 — 0,95 —
коэффициент использования мощности с учетом запаса мощности на трогание с места
и преодоление случайных сопротивлений

η_г = 0,97 — 0,98 — КПД
ведущего участка гусеницы

Определим значение КПД механической трансмиссии:

где

k — число пар цилиндрических зубчатых колес

t — число пар конических колес

При изучении кинематической схемы трансмиссии трактора выясняем,
что в зацеплении участвуют только цилиндрические зубчатые колеса, а число
зацеплений на каждой передаче 10

То есть  = 0,78

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешняя скоростная характеристика определяет показатели
работы двигателя с регулятором частоты вращения для принятых условий
эксплуатации и регулировках на всем диапазоне нагрузок при постоянном положении
органов управления, соответствующем полной подаче топлива. Представляет она из
себя графики функций: эффективной мощности, крутящего момента, часового расхода
топлива, удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения, и состоит
из двух главных участков: корректорного, на котором частота вращения изменяется
от минимально устойчивого до номинального значения ω_н и регуляторного, на котором частота вращения повышается от ω_н до ω_хх при холостом ходу.
Номинальное значение частоты вращения коленвала

мин-1 = 130,8 с-1

Определим мощность двигателя в зависимости от угловой
скорости вращения коленчатого вала:

где ω_е, с-1 —
угловая скорость коленчатого вала для расчетной точки

Для определения значения данной угловой скорости задаемся
числовыми коэффициентами в пределах 0,5…1,0 через каждую десятую, а на участке ω_е>ω_н (регуляторный) принимаем
коэффициенты 1,05 и 1,08. При коэффициенте, равном 1 ω_е соответствует ω_н, а при значении числового
коэффициента 1,08 — ω_хх

Крутящий момент определим по формуле:

Удельный эффективный расход топлива в системе определим, как:

где q_ен, г/(кВт — удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме
работы двигателя. Для дизельного двигателя Д180.111-1 q_ен = 218
г./(кВт

Полученные значения удобно занести в таблицу:

Тяговая характеристика трактора

Тяговая характеристика позволяет оценить изменение на
различных передачах трактора его рабочей скорости, тяговой мощности, часового и
удельного расхода топлива в зависимости от тягового усилия на крюке агрегата.
Рабочая скорость определяется как:

где V_т, м/с — теоретическая скорость трактора

где ω_д, с-1 —
угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя трактора

Расчет проведем для двух значений скорости ω_д1 при M_ен и ω_д2 при M_еmax

Мощность на крюке трактора определяется из выражения:

При этом P_кр = P_т — Gf для каждой
передачи трактора

Удельный расход топлива определяем по формуле:

Тяговая характеристика трактора

Параметры	Значения параметров в зависимости от Mе
	Mен=1,11 кНмMеmax=1,35 кНм
iп	i1=32,5	i2=28,3	i3=23,1	i4=19,5	i1=32,5	i2=28,3	i3=23,1	i4=19,5
Pкр	102,0	76,5	51,0	25,5	118,4	89,4	59,6	29,8
δi	0,03	0,02	0,01	0,01	0,07	0,03	0,01
Vт	1,05	1,20	1,47	1,74	0,63	0,72	0,88	1,05
Vр	1,02	1,18	1,46	1,72	0,59	0,68	0,85	1,04
Nкр	104,0	90,3	74,5	43,7	69,9	60,8	50,7	31,0
qкр	185,6	264,7	331,5	622,4	423,5	519,7	641,0	1061,3

3.
Конструктивный расчет муфты сцепления трактора

При расчете муфт сцепления определяются:

число и размеры поверхностей трения

требуемую силу натяжения

надежность и долговечность для заданного режима работы машины

Определение расчетного момента, передаваемого
муфтой сцепления

,

где β=1,5…2,5 — коэффициент запаса для тракторов с муфтой
нормально замкнутого типа

M_еmax —
максимальный эффективный момент, развиваемый двигателем

Определение числа пар поверхностей трения

где m — число ведущих дисков

n — число ведомых дисков

z = 1+1-1 = 1

Определение радиуса приложения равнодействующей сил трения

где r₁ — внутренний радиус трения

r₂ —
наружный радиус трения поверхностей

Для тракторных муфт сцепления:

где φ = 2,5 — коэффициент эксплуатационной загрузки

Тогда

Заключение

В работе был произведен тяговый расчет трактора Т — 170. Были
определены тягово-скоростные характеристики на каждой передачи трактора,
построены их графические зависимости. Были определены передаточные отношения
передач трансмиссии, рассчитаны рабочие и теоретические скорости движения
машины на соответствующей передаче. Также был произведен конструктивный расчет
муфты сцепления, произведена проверка ее на долговечность, были проверены на
нагрев фрикционные накладки.

Список
источников

трактор двигатель муфта трансмиссия

1.
Тяговый расчет трактора: Е.В. Курилов, А.С. Щербаков. — Ярославль: Издательство
ЯГТУ, 2009. — 18 с.

.
Расчет автотракторных и автотракторных двигателей: А.И. Колчин, В.П. Демидов. —
М.: Высшая школа, 1981. — 400 с.

.
Мобильные энергетические средства: Ю.Т. Чекемес, В.С. Курасов, А.Н. Пикушов,
В.В. Драгуленко. — КГАУ. Краснодар. 2010. — 45 с.

Определение передаточных чисел трансмиссии

Общее передаточное отношение трансмиссии на первой передаче
определяют как:

где r_з — радиус ведущей звездочки трактора, м

где l_з — шаг звена гусеницы

z_з — число активно действующих зубьев ведущей
звездочки

Тогда

Передаточное число высшей передачи определяется по формуле:

где r_кз, м — радиус качения ведущей звездочки

m — число передач в трансмиссии

Для промежуточных передач передаточные отношения разделяют по
ступеням, исходя из следующих условий:

загрузка двигателя изменяется при переходе с одной ступени на
другую с одинаковой степенью

тяговое усилие трактора при переходе с одной ступени на другую
изменяется с одинаковыми интервалами

Для первого условия передаточные числа выбираются по
геометрическому ряду со знаменателем, значение которого определяется следующим
образом:

где n — порядковый номер передачи

должно выполняться условие:

 = 1,15 — 1,20 — минимальный коэффициент приспособляемости дизеля

Для определения знаменателя примем в качестве in передаточное число наивысшей передачи,
которое уже ранее было сосчитано

Тогда

Определим тогда передаточные числа промежуточных передач:

Для второго условия передаточные числа определяются по
геометрическому ряду:

Определим тогда передаточные числа промежуточных передач:

принимаем передаточные числа следующими:

i₁ = 32,5

i₂ = 28,3

i₃ = 23,1

i₄ = 19,5

9.4. Динамические нормальные реакции на колесах автомобиля

При движении нормальные реакции дороги, действующие на колеса автомобиля, не остаются постоянными по величине, а изменяются в зависимости от действия на автомобиль различных сил и моментов.

При равномерном движении на горизонтальной дороге нор­мальные реакции дороги, действующие на колеса автомобиля, можно определить по следующим формулам:

для передних колес

для задних колес

для автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге (рис. 9.33),

где G — вес автомобиля; G₁G₂— вес, приходящийся на перед­ние и задние колеса в статическом положении; L— база автомо­биля; h_ц — высота центра тяжести; l₁ ,  l₂ — расстояния от центра тяжести до осей передних и задних колес.

Из приведенных выражений следует, что нормальные реакции Дороги, действующие на колеса, отличаются от нагрузок, приходящихся на колеса в статическом состоянии. При этом реакция R_Z1 на передних колесах уменьшается, а реакция R_z2на задних колесах увеличивается.

Рис. 9.6. Нагрузки на колеса неподвижного автомобиля:

ЦТ — центр тяжести автомобиля

Такое изменение реакций наиболее существенно при возрастании сил сопротивления движению, крутизны подъе­ма и интенсивности разгона.

Изменение реакций R_Z1и R_Z2при движении по сравнению с нагрузками в статическом состоянии оценивается с помощью коэффициентов изменения реакций, или перераспределения на­грузки.

Коэффициентом изменения реакций называется отношение нормальной реакции, действующей на колеса при движении, к нагрузке, действующей на те же колеса автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге.

Коэффициенты изменения реакций для передних и задних ко­лес соответственно могут быть представлены в виде

Эти коэффициенты имеют следующие значения: m_Р1( = 0,65… 0,70, m_Р2= 1,20… 1,35.

Причины потери мощности трактора

Снижение КПД мотора и потеря тягового усилия техники могут быть вызваны неисправностью агрегата. Для выявления действительной потери тяги применяют тормозные испытания при помощи специальной установки, которая позволяет выполнить диагностику без дефектовки мотора.

Потери эффективности двигателя чаще всего связаны со снижением давления в цилиндрах из-за износа поршневой группы, закоксовывания поршневых колец или поломки форсунок. Также снижение тяги может возникнуть из-за образования нагара на элементах мотора и выхлопной системе. Резкое снижение тяги в процессе работы машины может быть вызвано отказом турбины или газораспределительного механизма.

9.2. Степень использования мощности двигателя

График мощностного баланса автомобиля строится при работе двигателя на внешней скоростной характеристике, т.е. при пол­ной подаче топлива (при полной нагрузке двигателя). В этом слу­чае скорость движения автомобиля будет возрастать до некоторо­го максимального значения.

Для равномерного движения автомобиля с меньшей скорос­тью на той же передаче необходимо уменьшить подачу топлива, чтобы тяговая мощность N_Tизменялась по кривой N‘_T, показанной на рис. 9.1, т.е. нужно изменить степень использования мощнос­ти двигателя.

Степенью использования мощности двигателя называется от­ношение мощности, необходимой для равномерного движения автомобиля, к мощности, развиваемой двигателем при той же скорости и полной подаче топлива.

Степень использования мощности двигателя определяется по формуле

Данная величина зависит от дорожных условий, скорости дви­жения и передаточного числа трансмиссии. Так, чем лучше доро­га, меньше скорость движения и больше передаточное число транс­миссии, тем меньше степень использования мощности двигателя. Это приводит к увеличению расхода топлива и снижению топ­ливной экономичности автомобиля.

Как найти кпд двигателя трактора

Формулы, используемые на уроках «Задачи на КПД тепловых двигателей».

КПД

Относится ли ружьё к тепловым двигателям? Да, так как при выстреле внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 110,4 МДж потребовалось 8 кг бензина.

Задача № 2. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 220,8 МДж потребовалось 16 кг бензина.

Задача № 3. Определите КПД двигателя автомобиля, которому для выполнения работы 27,6 МДж потребовалось 2 кг бензина.

Задача № 4. На теплоходе установлен дизельный двигатель мощностью 80 кВт с КПД 30%. На сколько километров пути ему хватит 1 т дизельного топлива при скорости движения 20 км/ч? Удельная теплота сгорания дизельного топлива 43 МДж/кг.

Задача № 5. Патрон травматического пистолета «Оса» 18 x 45 мм, содержит резиновую пулю массой 8,4 г. Определите КПД патрона, если пуля при выстреле приобрела скорость 140 м/с. Масса порохового заряда патрона составляет 0,18 г, удельная теплота сгорания пороха 3,8 • 10 6 Дж/кг.

Задача № 6. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

Задача № 7. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 10 4 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

Задача № 8. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

Задача № 9. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.

Задача № 10. ОГЭ Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, 80 % теплоты, полученной от нагревания, передаёт охладителю. Количество теплоты, получаемое рабочим телом за один цикл от нагревателя, Q₁ = 6,3 Дж. Найти КПД цикла ɳ и работу А, совершаемую за один цикл.

Задача № 11. ЕГЭ Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q₂ = 13,4 кДж. Найти КПД цикла ɳ.

Задача № 12. Снегоуборочная машина мощностью 40 кВт за 1 час работы расходует примерно 5 л бензина. Каков КПД снегоуборочной машины? Удельная теплота сгорания бензина 46 МДж/кг, плотность бензина — 710 кг/м 3 .

9.5. Динамическое преодоление подъемов

Автомобиль может преодолевать подъем под действием только тяговой силы, двигаясь равномерно (длина подъема в этом случае неограниченна), а также с разгона, используя кроме тяговой силы накопленную при разгоне кинетическую энергию. В этом случае преодолеваемый подъем может быть круче того подъема, который автомобиль проходит при равномерном движении, но его длина ограниченна.

Прохождение подъема с разгона и называется динамическим преодолением подъема.

Рассмотрим схему движения автомобиля при динамическом преодолении подъема (рис. 9.7). На участке дороги АБ, перед подъе­мом, автомобиль движется с постоянной скоростью v. На участке

Рис. 9.7. Схема движения автомобиля при динамическом преодолении

подъема:

А—Д — точки изменения режима движения автомобиля; ψ₁ — коэффициент сопротивления дороги на участке АГ; ψ ₂, ψ₃ — коэффициенты сопротивления

дороги на участке ГД

БВ происходит разгон до максимально возможной скорости v_max. На участке ВТ автомобиль движется с максимальной скоростью v_max, и на этой скорости он выходит на подъем. На участке ГД, на подъеме, скорость автомобиля уменьшается и движение стано­вится замедленным.

Кривую динамического фактора (рис. 9.7) для передачи, на которой автомобиль преодолевает подъем с разгона, разбивают на интервалы скоростей и по тем же формулам, что и для случая разгона, находят ускорение, время и путь движения на подъеме. При этом если коэффициент сопротивления дороги ψ ₂ на подъе­ме меньше, чем максимальный динамический фактор по тяге D_maxна данной передаче, то точка пересечения D₂кривой с горизонта­лью ψ ₂ определяет скорость v₂, по достижении которой автомо­биль движется равномерно. Если же на подъеме коэффициент со­противления дороги ψ₃ больше, чем D_max на данной передаче, то скорость движения автомобиля быстро падает. Чтобы не произо­шло его остановки, необходимо перейти на низшую передачу. Дли­на подъема, проходимая автомобилем до достижения критической скорости по тяге v_T, может считаться равной длине пути, в конце которого движение автомобиля прекращается (останавли­вается двигатель).

Рис. 9.8. Динамическая характеристика автомобиля, соответствующая передаче, выбранной для преодоления подъема:

ψ ₁ — коэффициент сопротивления дороги на гори­зонтальном участке (перед подъемом), где автомо­биль разгоняется до максимальной скорости v_max; ψ _2, ψ ₃— коэффициенты сопротивления дороги на подъеме (ψ ₁< ψ ₂ < ψ ₃); v₂— скорость, по достиже­нии которой автомобиль движется на подъеме рав­номерно; D₁, D₂— значения динамического факто­ра по тяге при скорости, равной v_max и v₂