Основные эксплуатационные свойства тракторных двигателей

Свойства двигателей обуславливают конструкцию и тяговые свойства трактора. Эти свойства двигателей выражаются статистическими характеристиками - графическими зависимостями между крутящим моментом на коленчатом валу М_д, Н·м, угловой скоростью ω_д, рад/с, или частотой вращения n_д ,мин^-1, коленчатого вала, эффективной мощностью N_e, кВт, общим (часовым) G_т, кг/ч и удельным g_е, мкг/Дж расходами топлива. Обычно используют скоростные регуляторные характеристики и частичные регуляторные характеристики (различие в установке рычага управления регулятором частоты вращения), получаемыми на стендах при искусственно задаваемых ступенях нагрузки. Эти характеристики снимают путем увеличения нагрузки от холостого хода до режима максимального крутящего момента М_{д мах}. В отличие от общепринятых в теории двигателей регуляторных характеристик, где независимой переменной служит эффективная мощность N_е, в скоростной регуляторной характеристике независимой переменной является частота вращения n_д.

Основными показателями характеристики двигателя являются: номинальная эффективная мощность двигателя N_ен, номинальная частота вращения коленчатого вала n_дн, номинальный расход топлива - часовой G_тн и удельный g_ен.

Номинальная мощность - эффективная мощность дизеля, изготовленного и отрегулированного в соответствии с технической документацией предприятия-изготовителя, без вентилятора, глушителей шума впуска и выпуска, искрогасителя, выпускной трубы и нейтрализатора отработавших газов, с отключенными генератором, гидронасосом и компрессором, прошедшего обкатку в течение 60ч, гарантируемая заводом-изготовителем при работе на номинальном скоростном режиме при полной подаче топлива и стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива. Существует и понятие эксплуатационной мощности, отличающееся от приведенного выше определения тем, что дизель работает с вентилятором, воздухоочистителем, глушителями шума, выпускной трубой и нейтрализатором, с отключенными или работающими без нагрузки генератором, гидронасосом и копрессором.

Приведенные крутящий момент и удельный расход топлива определяют по приведенным мощности и расходу топлива, пользуясь известными соотношениями:

, (π/30 = 0,105) (4.1)

, (4.2)

где N_e - эффективная мощность, кВт; M_д - крутящий момент, как средний за цикл момент, передаваемый от коленчатого вала дизеля силовой передаче трактора, кН·м; n_д - частота вращения, как средняя за единицу времени частота вращения коленчатого вала, с^-1.

Тяговые свойства двигателя оценивают коэффициентами приспособляемости

(4.3)

и снижения частоты вращения

, (4.4)

где М_дmax и n_мдmax - максимальный момент на коленчатом вале и соответствующая ему частота вращения; М_дн и n_дн - момент и частота вращения при номинальной мощности.

С увеличением К_м повышается способность трактора преодолевать возрастание сопротивления без перехода на низшую передачу, уменьшается степень снижения скорости, повышается производительность агрегата при форсировании нагрузки. При увеличении a_n повышается производительность агрегата при форсировании нагрузки, но уменьшается преодолеваемая перегрузка. Следует также помнить, что при снижении частоты вращения дизеля отдается часть накопленной кинетической энергии движущихся и вращающихся деталей.

Экономическими показателями тепловых двигателей являются: минимальный удельный расход топлива g_еmin, оценочный удельный расход топлива g_еоц, характеризующий средний удельный расход в диапазоне 0,5N_н - N_н регуляторной ветви характеристики, расход картерного масла на угар.

Двигатель для трактора выбирают по тяговым, экономическим и эксплуатационным показателям. К последним относят: удельную массу двигателя (на единицу мощности), устойчивость работы, пусковые качества, вибрационные и шумовые характеристики, токсичность отработавших газов, автономность (способность работать в удалении от базы), стабильность параметров, надежность, простота обслуживания.

Основные направления развития двигателестроения - повышение агрегатной мощности, эксплуатационной экономичности по топливу и маслу, улучшение экологических характеристик (токсичности, шумности), повышение ресурсов и надежности, снижение удельной металлоемкости и трудовых затрат на обслуживание в процессе эксплуатации.

Основным типом тракторного двигателя благодаря автономности, высокой экономичности и пусковой готовности, малой удельной массе, хорошей надежности является четырехтактный дизель.

Все тракторные дизели снабжены всережимными регуляторами частоты вращения. Поэтому кроме основного режима (полная подача топлива) можно задать множество режимов за счет изменения положения рычага управления регулятором. На рисунке 4.1 представлена скоростная регуляторная характеристика двигателя ЯМЗ-238НБ (основная и две частичные). При снижении задаваемой на частичных режимах частоты вращения холостого хода будет снижаться К_м и увеличиваться a_n. Очень существенно и то, что на частичных режимах будет снижаться расход топлива G_т.

Рисунок 4.1 – Скоростные характеристики

(основная и две частичные регуляторные) дизеля ЯМЗ-238НБ

Как показывают наблюдения, тракторный дизель в условиях рядовой эксплуатации примерно 40% времени работает при нагрузке до 50% от номинальной, еще 40% времени при нагрузке 50…60% и только 20% времени – при нагрузке от 70% до номинальной. Дизели зерноуборочных комбайнов только 50% времени работают при средней загрузке 70% от номинальной, остальное время с нагрузкой 20…30%. Это свидетельствует о том, что тракторные и комбайновые дизели значительную часть времени нагружены не полностью и работают на режимах повышенных расходов топлива.