CC BY
131
класса 8/10 (в числителе указан класс по сельскохозяй- чимости: действительная скорость V,тяговое (толкающее)
ственной классификации, в знаменателе по промышлен- усилие Рт, смещение равнодействующей AXR вертикальных
ной) ОАО «ЧТЗ-УралТРАК». усилий, приложенных к ходовому аппарату трактора.
выводы. Уменьшение потерь мощности Nf на преодо- Выбор рационального положения центра давления
ление сил Pf сопротивления передвижению БА (за счет ТДН с различными вариантами агрегатирования - одно
смещения ЦД в оптимальную зону) позволяет перерас- из эффективных средств уменьшения потерь мощности
пределить соответствующую долю мощности двигателя на передвижение и соответствующего увеличения тяговых
Ne на увеличение тягового усилия Рт и действительной свойств машины, что в конечном итоге обеспечивает ощу-
(рабочей) скорости V агрегата. тимый прирост производительности МТА без увеличения
Установлена иерархия факторов, определяющих по- мощности установленного двигателя и изменения других
тери на передвижение Pf БА, в порядке увеличения их зна- конструктивных параметров базового трактора.
Литература.
1. Бердов Е.И. и др. Трактор двойного назначения для АПК// Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2001. - № 9.
2. Теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию оптимальных параметров с.-х. модификации трактора Т-170 и агрегатов на его базе: Отчет ГосНИИ ПТ(ЧФ НАТИ) № 113. Отв. исп. Бердов Е.И. - Челябинск, 1997. - 148 с.
3. Бердов Е.И., Щепетов Е.Г. Повышение эффективности использования тракторов двойного назначения. Монография.-Челябинск: ООО «Издательство РЕКПОЛ», 2008. - 170 с.
4. А.с. на изобретение СССР № 1185156. Установка для исследования тягово-сцепных свойств тракторов. - МКИ G 01M 17/00, заяв. 07.05.84, опубл. 15.10.85, бюл. № 38//Гинзбург Ю.В., Бердов Е.И. /.
5. Патент RU № 109086. Устройство для регулирования положения центра давления и/или центра тяжести наземного транспортного средства // Щепетов Е.Г., Бердов Е.И., 2011 /.
experimental DETERMiNATioN of oPTiMuM PosmoN of centre of pressure of double-purpose caterpillar tractor
E.J. Berdov, V.A. Alyabjev, E.G. shchepetov
summary. In article are considered and analysed results of experimental caterpillar tractor studies double-purpose for the reason determinations of optimum position of pressure centre, ensuring best tractive-coupling characteristic of machine.
Key words: pressure centre, double-purpose caterpillar tractor, load-simulation devise, tractive-coupling characteristic, resistance to movement, technical production.
УДК 621.436
анализ изменения механических потерь дизеля
ТРАКТОРНО-ТРАНСПОРТНОГО АГРЕГАТА
при отключении части цилиндров
B.И. СУРКИН, доктор технических наук, профессор
C.Ю. ФЕДОСЕЕВ, аспирант А.А. ПЕТЕЛИН, магистрант Челябинская ГАА
E-mail: [email protected]
Резюме. В статье изложен анализ механических потерь дизеля тракторно-транспортного агрегата (ТТА) при отключении части цилиндров. Предложен способ расчёта механических потерь дизеля при отключении цилиндров. Представлены результаты экспериментальных исследований по определению механических потерь двигателя Д-240 при отключении части цилиндров, а также сравнение расчётных и экспериментальных данных.
Ключевые слова: механические потери, мощность механических потерь, отключение цилиндров.
Известно, что 20.. .27 % объёма сельскохозяйственных перевозок осуществляют тракторно-транспортные агрегаты. При этом степень использования мощности двигателя в случае выполнении транспортных работ составляет 25.30 %. Помимо этого значительную часть времени тракторный двигатель работает на режиме холостого хода, на который по данным [1] приходится более 22 % эксплуатационного времени.
Работа двигателя на режимах малых нагрузок и холостого хода сопровождается повышенным удельным расходом топлива. Один из способов увеличения экономичности в таком случае - отключение части цилиндров двигателя. Удельный расход топлива при этом снижается, главным образом, из-за уменьшения механических потерь двигателя [2.4]. При анализе литературы выяснено, что подробные сведения для определения механических потерь при отключении цилиндров отсутствуют.
Цель нашей работы - повышение топливной экономичности ТТА отключением части цилиндров дизеля. Для ее достижения необходимо решить ряд задач, в том числе определить, как при отключении части цилиндров изменяются механические потери двигателя.
Условия, материалы и методы. Мощность механических потерь двигателя без наддува Ммп складывается из следующих составляющих - мощность, затрачиваемая для преодоления трения Мтр, мощность, затрачиваемая на совершение насосных ходов Мнх и мощность на привод вспомогательных механизмов Мвм (топливного, масляного и водяного насосов,вентилятора, газораспределительного механизма):
(1)
N = N + N + N
мп тр нх вм
о? 2 а
<и ьО
£ 8-0.90
-в-
0.80 л
кг 2 <
20 -
15 -
10
„-■о- ^ о*" <т=-'о
О
1200 1400 1600 1800 2000 2200
Рис. 1. Зависимость параметров механических потерь двигателя Д-240 от частоты вращения коленчатого валапри отключении двух цилиндров: — • - к расч.; -О"-к,
' ’ ^мп4 4
' - Ммп2 РЭСЧ-
■ - N
- N
Мощность механических потерь двигателя при отключении части цилиндров можно представить в таком виде:
Н%=^(гркл+2в-к2),
(2)
где i - число цилиндров, zр - число работающих цилиндров, zв - число выключенных цилиндров, к1 -коэффициент, учитывающий изменение механических потерь в работающих цилиндрах (для предварительного расчета примем допущение, что механические потери не изменяются от нагрузки), к2 - коэффициент, учитывающий изменение механических потерь в отключенных цилиндрах:
к^8 (3)
2 мп ' '
где d - коэффициент, характеризующий изменение потерь на трение при прокручивании цилиндров (для предварительного расчёта примем допущение, что они не изменяются), 8мп - доля мощности механических потерь отключенных цилиндров, по сравнению с мощностью механических потерь цилиндров двигателя без отключений.
При отключении только подачи топлива:
8 =1-8 , (4)
мп тн
где 8тН - доля механических потерь, затрачиваемая на привод топливного насоса.
При отключении топлива и привода ГРМ:
8=1 — (8+ 8 + 8 ) (5)
мп ' тн нх грм' ' '
где 8нх - доля потерь на насосные ходы, 8грм - доля потерь, затрачиваемая на привод механизма газораспределения.
В результате подстановки (3) в (2) получим выражение для определения механических потерь двигателя при отключении части его цилиндров:
\
(6)
А/Гр _ Ммп
МП I
^к,+^с1-5м / / "
где Ммп - мощность механических потерь двигателя без отключения цилиндров.
Обозначим выражение в скобках как км - коэффициент, характеризующий изменение мощности механических потерь двигателя при отключении части цилиндров:
N ^ = N к (7)
мп мп м
При допущениях, что к1=1 и d =1:
К=^г + ~КП- (8)
Один из основных показателей механических потерь двигателя - механический КПДпм. Максимальное его значение достигается при номинальной мощности двигателя, которая при отключении цилиндров изменяется, а её величину н можно определить по выражению:
Ы^=Ынек1 (9)
где М_н - номинальная мощность двигателя без отключения цилиндров, кМ - коэффициент, характеризующий изменение номинальной мощности двигателя при отключении части цилиндров (аналогичен коэффициенту загрузки двигателя по мощности).
Определим кМ из предположения, что индикаторная мощность в работающих цилиндрах при отключении других цилиндров остается неизменной при одинаковой подаче топлива:
= N;/i, (10)
где М11р - индикаторная мощность работающего цилиндра двигателя при отключении части цилиндров, N - индикаторная мощность двигателя без отключения цилиндров.
Индикаторная мощность двигателя при отключении цилиндров при максимальной подаче топлива равна:
NZр=N;•zр/i (11)
С помощью выражения:
N ^ -М ^ (12)
е I мп ' '
с учётом (6), (9), (11) и некоторых преобразований выразим коэффициент изменения номинальной мощности двигателя при отключении цилиндров кМ:
/Гд, = Т^(1 -/с, + V л„)- ^ • с* • 5М 1-Цм I
^-1 .ч- .
При допущениях к1 = 1 и d=1 получим:
лм
(13)
(14)
Механический КПД пм можно определить в зависимости от мощности механических потерь и эффективной мощности двигателя:
Л/ +л/
мп е
(15)
где Ме - эффективная мощность двигателя.
При отключении цилиндров Пм определим, через подстановку в (15) и последующего преобразования выражений (7), (9):
(16)
л;
С целью проверки предложенного расчёта механических потерь двигателя при выключении части цилиндров, проведены экспериментальные исследования двигателя Д-240. Определение механических потерь осуществляли на стенде КИ-5543 в лаборатории кафедры «Тракторы и автомобили» Челябинской государственной агроин-женерной академии методом прокручивания двигателя электромашиной без подачи топлива в цилиндры.
Показатели механических потерь определяли для двигателя, доли составляющих механических потерь которого известны из [5, 6]: 8 =0,015.0,02;8 =
тн нх
0,13...0,15;8 = 0,062 %.
грм
Результаты и обсуждение. Из расчёта следует, что снижение мощности механических потерь при отключении только подачи топлива в один, два и три цилиндра составляет соответственно 0,5, 1 и 1,5 %.
2300 мин-1 незначительно увеличивается и отличается от расчётного не более чем на 4 %.
Расчётный коэффициент изменения максимальной мощности двигателя кы, увеличивается пропорционально числу работающих цилиндров и характеризует рост максимальной эффективной мощности двигателя. Расчётные и экспериментальные значения кМ отличаются не более чем на 2 % (рис. 2).
Характер изменения механического КПД от коэффициента загрузки двигателя при всех работающих и отключенных цилиндрах практически одинаков (рис. 3), а максимальная величина его при всех работающих цилиндрах пм=0,74; при трех - 0,67; при двух - 0,54 и при одном - 0,16.
Рис. 2. Зависимость расчётного и экспериментального коэффициента изменения номинальной мощности двигателя от числа работающихцилиндров (п=2200 мин 1): -о- (1) -расчетная; о (2) - экспериментальная.
Это происходит благодаря уменьшению механических потерь на привод топливного насоса. Снижение механических потерь при таком способе отключения цилиндров очень незначительно, поэтому далее его не рассматриваем.
При отключении подачи топлива и приводов ГРМ в два цилиндра согласно расчёту мощность механических потерь уменьшается на 11,1 % (рис. 1).
При экспериментальном исследовании с повышением частоты вращения вала двигателя от 1200 мин-1до 2300 мин-1мощность механических потерь исходного двигателя увеличилась от 8,53 кВт до 23,62кВт, или на ДМмп= 15,08 кВт, а после отключения привода ГРМ второго и третьего цилиндров с возрастанием частоты вращения вала двигателя в тех же пределах - от 7,33 кВт до 20,85 кВт, или на ДМ = 13,52 кВт.
мп
Снижение мощности механических потерь с уменьшением числа работающих цилиндров двигателя происходит потому, что в отключенных цилиндрах с закрытыми клапанами ГРМ прекращается процесс газообмена, насосные потери становятся равными нулю, при этом работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в цилиндре, практически равна работе воздуха при расширении, а также снижаются потери на привод механизма ГРМ отключенных цилиндров.
Коэффициент изменения мощности механических потерь двигателя к с повышением частоты от 1200 до
0,70
0,60
ЕГ
м
0,50
0,40
<D
Е 0,30
I 0,20 0,10
0,00
> 4
- 2 ч,
V'' 1
/ !/■
/
Y
1
О 0,2 0,4 0,6 0,8
Коэффициент загрузки двигателя
Рис. 3. Зависимость механического КПД от коэффициента загрузки двигателя по мощности при разном числе работающих цилиндров.
выводы. Предложенная методика расчёта механических потерь при отключении цилиндров позволяет с достаточной для практики точностью определять влияние числа отключенных цилиндров при изменении нагрузки двигателя на эффективную мощность, мощность механических потерь и механический КПД.
Для двигателя Д-240 при отключении половины цилиндров: значение номинальной мощности двигателя составляет 37.39 %, расхождение экспериментальных и расчётных результатов не более 2 %; мощность механических потерь на номинальной частоте снижается на 11 %, расхождение расчётных и экспериментальных результатов не более 4 %; механический КПД при загрузке 37 % повышается на 6 %.
Литература.
1. Янулявичус А., Пуппинс Г., Юостас А. Оценка нагруженности двигателя при эксплуатации трактора//Тракторы и сельхозмашины. - 2010. - № 4. - С. 45-48.
2. Кузнецов М.В. Совершенствование показателей работы 4-х тактного дизеля автотракторного типа на режимах малых нагрузок и холостых ходов: автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - М., 2008. - 21 с.
3. Федосеев С.Ю., Петелин А.А., Русанов М.А., Кожанов В.Н., Малышев А.ф. Анализ характеристик холостого хода дизеля Д-240 при отключении части цилиндров // Вестник ЧГАА. - 2010. - Том 58. - С. 166-169.
4. Петелин А.А., Федосеев С.Ю. Анализ нагрузочных характеристик дизеля Д-240 при отключении части цилиндров // Вестник ЧГАА. - 2010. - Том 58. - С. 148-151.
5. Баширов Р.М.,ХусаиновВ.Н., Миннигалеев А.М. Методика исследования дизелей регулируемых пропуском впрыска топлива. - Уфа: БГАУ, 2011. - 112 с.
6. Крылов А.Н. О погрешностях способов определения механических потерь в двигателях внутреннего сгорания // Труды МВТУ. Сер.: Комбинированные двигатели внутреннего сгорания. - 1977. - № 257. - С. 59-70.
THE ANALYSIS oF OHANGING THE MEcHANicAL Losses OHANGING oF THE DiEsEL of a tractor-transport machinewhencutting off some of its cylinders
V.i. Surkin, S.Yu. Fedoseev, A.A. Petelin
Summary. The analysis of mechanical losses of the diesel of a tractor-transport machine (TTM) is given in the article when some of its cylinders are cut off. The way to estimate the mechanical losses is offered when the cylinders are cut off. The data of experimental investigation for finding out the mechanical losses of the engine D-240 when some of its cylinders are cut off and also compare of data of calculating and experimental investigation are presented.
Key words: mechanical losses, cutting off of the diesel cylinders, power of mechanical losses.
