Индикаторные параметры рабочего цикла.

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ.

Тяговый диапазон трактора.

Тяговый диапазон трактора определяется по формуле:

=1,95

где Р_н и Р^’_н— соответственно номинальная сила тяги на крюке рассчитываемого трактора и сила тяги трактора предыдущего класса.

ε — коэффициент расширения тяговой зоны трак­тора, рекомендуемый в среднем 1,3.

Зная тяговый диапазон и номинальную силу тяги трак­тора, можно определить его минимальную силу тяги из соот­ношения

откуда .

=15,4 кН

Масса трактора.

Масса трактора оценивается его состоянием. Если трак­тор не имеет заправочных материалов, балласта и тракториста, то такая масса называется конструктивной (т_к). Пол­ностью заправленный трактор с трактористом и балластом будет иметь массу эксплуатационную (т_э).

Эксплуатационную массу колесного трактора можно оп­ределить из следующих условий:

, Н

= 72210 Н

, Н

= 90909 Н

где Р_н — номинальная сила тяги трактора по типажу, Н;

φ_доп — допустимая величина коэффициента использова­ния сцепного веса трактора, для колесных тракто­ров принимается 0,5—0,65;

λ_к — коэффициент нагрузки на ведущие колеса трак­тора; принимается для тракторов, с колесной схе­мой 4X2—0,75—0,8;

f — коэффициент сопротивления качению; для колес­ных тракторов можно принять 0,12.

Для большинства сельскохозяйственных тракторов эксплуатационную массу можно определить по следующему выражению:

,Н

=14024 Н

Расчет номинальной мощности двигателя.

Расчёт номинальной мощности двигателя производится с учетом номинального тягового усилия трактора, силы сопро­тивления качению, массы трактора, потерь на трение в тран­смиссии и необходимого запаса мощности двигателя.

Учитывая выше изложенное, номинальная мощность дви­гателя определяется по формуле:

, кВт

= 103 кВт

где Р_Н и V_Н1 — соответственно номинальное тяговое усилие (Н) и расчетная скорость движения на низ­шей рабочей передаче при номинальной силе тяги, км/ч.

т_э — эксплуатационная масса трактора (кг)

g — ускорение свободного падения (м/с²)

η_тр— к. п. д., учитывающий потери мощности втрансмиссии и определяемый по формуле:

= 0,895

где η_ц и η_к — соответственно к. п. д. цилиндрической и конической пары шестерен. Принимаются равными η_ц = 0,985 и η_к = 0,975;

η_хол — к. п. д.,учитывающий потери мощности на холостом ходу; принимается η_х = 0,96;

хи у — степенные показатели числа пар шестерен, ра­ботающих в трансмиссии на данной передаче;

x_э — коэффициент эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя — 0,85.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ.

Определение параметров рабочего тела.

2.1.1.Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

l₀= (1/0,23)×(8/3С+8Н-0), кг возд/кг топл;

L₀= l₀/m_в, кмоль возд/м³;

где 0,23 - значение массового содержания кислорода в 1 кг воздуха;

0,21 – объемное содержание кислорода в 1м³ воздуха;

С, Н и 0 - содержание в топливе углерода, водорода и кислорода соответственно (для дизельного топлива С=0,857, Н=0,133, О=0,01);

m_в - масса 1 кмоля воздуха (m_в=28,96 кг/кмоль).

l₀= (1/0,23)×(8/3×0,857+8×0,133-0,01) =14,52 кг

L₀= 14,52/28,96 = 0,501 кмоль

2.1.2.Количество свежего заряда.

М₁ = aL, кмоля где a - коэффициент избытка воздуха.

Для дизельных двигателей принимают a>1. a=1,95

М₁ = 1,95×0,501=0,977 кмоль

m_т - молекулярная масса паров топлива, m_т=115 кг/моль.

Общее количество продуктов сгорания:

М₂ = a L₀+ Н/4 + 0/32 кмоль

М₂ = 1,95×0,501+ 0,133/4 + 0,01/32=1,011 кмоль

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси: b_о = М₂/M₁ b_о = 1.011/0,977=1,03

Параметры окружающей среды и остаточные газы.

Атмосферные условия принимаем следующие: р₀=0,1 МПа; Т₀ =288 К.

Принимаем давление надувочного воздуха р_к= 0,17 МПа,

Принимаем показатель политропы сжатия в компрессоре n_к = 1.65 МПа.

Температура остаточных газов Т_г=760...1000°К. Т_г=790°К.

Давление остаточных газов р_г=(0.75…0.95)×р_к = 0.8×0.17 = 0.136МПа.

Определяем температуру воздуха за компрессором

Процесс впуска.

Принимаем температуру подогрева свежего заряда DТ= 40°

Определяем плотность заряда на впуске:

Р_к = p_K×10⁶/(R_BT_K) , кг/м³

где R_B=287 Дж/кгград - универсальная газовая постоянная для воздуха.

Р_к = 0,17×10⁶/(287×355)=1,67 кг/м³

Потери давления на впуске в двигатель:

DPa = ((b^{2 +} x_вп)×(w²_Bnp_к×10^-6))/2 МПа

где b - коэффициент затухания скорости движения заряда в расс­матриваемом сечении цилиндра;

x_вп - коэффициент сопротивления впускной системы, отнесен­ный к наиболее узкому ее сечению;

w_вп - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях на

номинальном режиме (b² + x_вп)=3.3 и w_вп=90 м/с.

DPa = (3.3×90²×1,67×10^-6)/2 = 0,0223 МПа

Давление в конце впуска:

р_а = р_к - DPa = 0,17 – 0,0223 = 0,148 МПа

Коэффициент остаточных газов:

где e - степень сжатия. e = 15

Определяем температуру в конце впуска:

Т_а = (Т_к + DT + g_гT_r) / (1+ g_г) , К

Т_а = (355 + 40 + 0,0327×790) / (1+ 0,0327) =407.5 К

Определяем коэффициент наполнения:

n_v = Т_к(eр_а - р_г) / [(Т_к + .DТ)(e-1)р_к]

n_v =355(15×0,148 – 0,136) / [(355 + 40)(15-1)0,17]=0,79

Процесс сжатия.

Давление в конце сжатия:

Р_c=Р_aeⁿⁱ, МПа

где n_i - показатель политропы сжатия, n_i=1,34...1,4.

Р_c=0,148×15^1.38 = 6.22 МПа

Температура в конце сжатия:

Т_с = Т_аe^ni-1 , °К

Т_с = 407,5×15^1.38-1 = 1140.4 °К

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

mс_vс = 20,16 + 1,74×10 ^-3×Т_С , кДж/кмопь×град

mс_vс = 20,16 + 1,74×10 ^-3×1140.4 = 22,14 кДж/кмопь×град

Число молей остаточных газов:

М_г = ag_г×L₀ , кмоль

М_г = 1,95×0,0327×0,501 = 0,032 кмоль

Число молей газов в конце сжатия до сгорания:

М_с = M + М_г , кмоль

М_с = 0.977 + 0.032 = 1.01 кмоль

Процесс сгорания.

Средняя молярная теплоемкость при постоянном давлении для продуктов сгорания жидкого топлива, кДж/моль×град

mC_PZ= (20,2+0,92/a) + (15,5+13,8/a)×10^-4×Т_z +8,314

mC_PZ= (20,2+0,92/1.95) + ((15,5+13,8/1.95)×10^-4×Т_z )+8,314

mC_PZ= 28.99 + 0.0023Т_z

Число молей газов после сгорания:

М_z = М₂ + М_г , кмоль

М_z = 1.011 + 0.032 = 1.043 кмоль

Расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

b = М_z/М_с,

b = 1.043/1.010 = 1.033

Количество теплоты, передаваемой газам при сгорании 1 кг топлива:

Q = xQ_н , кДж/кг

где x, - коэффициент использования теплоты x = 0,9;

О_н - удельная низшая теплота сгорания топлива, для дизельного топлива

О_н = 42500 кДж/кг;

Q = 0.9×42500 = 38250 , кДж/кг

Температуру в конце сгорания определяем из уравнения сгорания:

b×mС_рzТ_z = Q/[aL_o(1 + g_r)] + Т_с(mC_Vc× + 8,314l)

где l - степень повышения давления, l=1.7

Решаем уравнение относительно температуры в конце сгорания T_z и находим ее. T_z = 2259.1 К. Другое значение T_z отрицательная температура, а она не может быть такой в конце процесса сгорания.

Давление в конце сгорания:

p_z = Р_с×l , МПа

p_z = 6.22×1.7 =10.57 МПа

Степень предварительного расширения r = (bТ_z)/(lТ_с)=

r = (1.033×2259.1)/(1.7×1143.4) = 1.2

Процесс расширения.

Степень последующего расширения

d = e/r = 15/1.2 = 12.5

Давление в конце расширения:

Р_b = Р_z/dⁿ² , МПа

где n₂ - показатель политропы расширения, n₂=1,18-1,3. n₂=1,28

Р_b = 10.57/12.5^1.28 = 0.416 МПа

Температура в конце расширения:

T_b = Т_z/d^n2-1 , °К

T_b = 2259.1/12.5^1.28-1 = 1114 °К

Правильность ранее принятой температуры остаточных газов:

, °K

°K

Ошибка температуры:

D=100×( T_г – T¹_г )/ T_г , %

D=100×( 790 – 767.4 )/ 790 = 2.8 %

Ошибка температуры не превышает допустимое значение D=5%.

Индикаторные параметры рабочего цикла.

Среднее индикаторное давление цикла:

,МПа

= 0.966 МПа

Среднее индикаторное давление цикла для скругленной диаграммы:

P_i = P_i'n , МПа

где n - коэффициент полноты индикаторной диаграммы n-0,96

P_i = 0.96×0.966 = 0.927 МПа

Индикаторный КПД

h_i = (p_ia l ₀)/(Q_нr_кh_v)

h_i = (0.927×1.95×14.52)/(42.5×1.67×0,79) = 0.468

Индикаторный удельный расход топлива:

g_i = 3,6×10³/(Q_нh_i) , г/кВт×ч

g_i = 3,6×10³/(42.5×0.468) = 181 г/кВт×ч

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: