Книга часть первая. Учебные пособия для студентов высших учебных заведений

• Название: Учебные пособия для студентов высших учебных заведений
• Анкор: Книга часть первая.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 2.23 Mb.
• Имя файла: Книга часть первая.doc
• Тип: Учебные пособия; #3730
• страница: 1 из 5

УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

МЕХАНИЗАЦИЯ

<sub>И ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

ПРОИЗВОДСТВА</sub>

Под редакцией доктора экономических наук,

профессора В. М. БАУТИНА
Рекомендовано Министерством сельского хозяйства и про­довольствия Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений по специально­сти 060800 «Экономика и управление на предприя­тиях АПК»

2-е ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

МОСКВА «КОЛОС» 2000

УДК 631.3(075.8)

ББК 40.7я73

М55


Авторы: В. М. Баутин, В. Е. Бердышев, Д. С. Буклагин, Н. И. Стружкин, К. 3. Кухмазов

Рецензенты: доктор технических наук, профессор Г. Ф. Серый (Российский государственный аграрный заочный университет); кандидат технических наук, профессор В. И. Загинайлов (Московский государственный агропромышленный университет)

Редактор Н. К. Петрова

Механизация и электрификация сельскохозяйственно- ^го производства/В. М. Баутин, В. Е. Бердышев, Д. С. Букла­гин и др. — М.: Колос, 2000. — 536 с: ил. (Учебники и учеб­ные пособия для студентов высш. учеб. заведений).

ISBN 5-10-003523-4.

Рассмотрены вопросы механизации и электрификации технологических процессов в растениеводстве и животноводстве. Приведены основные мар­ки машин, их устройства, технические характеристики. Даны основные на­правления повышения эффективности использования машинно-трактор­ного парка в сельском хозяйстве. Во втором издании (первое вышло в 1996 г.) заменены устаревшие модели машин и оборудования, внесены ис­правления в рисунки и формулы.

Для студентов экономических специальностей сельскохозяйственных вузов.

УДК 631.3 (075.8) ББК40.7я73


ISBN 5-10-003523-4
Издательство «Информагротех», 1996

Издательство «Колос», 2000

ПРЕДИСЛОВИЕ
Основная задача сельскохозяйственного производства — обес­печить население качественными продуктами питания, а перера­батывающую промышленность — соответствующими видами сы­рья. Для решения этой задачи важно подготовить специалистов, умеющих грамотно планировать и организовывать производство на сельскохозяйственных предприятиях. В государственном об­разовательном стандарте высшего профессионального образова­ния «Общие требования к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки экономистов по специальности 060800 «Экономика и управление на предприятии АПК» отмечено, что «...экономика и управление включают в себя совокупность мето­дов, приемов и средств организационно-экономической деятель­ности, обеспечивающих эффективное производство продуктов сельского хозяйства, их хранение, переработку и доведение до потребителей».

С учетом требований этого стандарта экономист должен знать:

основы гуманитарных и социально-экономических наук, по­зволяющие анализировать социально значимые проблемы и про­цессы;

этические и правовые нормы;

законы развития общества, процессы и явления, происходя­щие в живой и неживой природе, в агропромышленном произ­водстве, современные научные методы познания природы;

особенности и свойства основных элементов производствен­ного процесса (земли, растений, животных, труда, машин и обо­рудования);

методы проектирования технологий производства продукции растениеводства и животноводства;

методы определения оптимальных соотношений производ­ственно-экономических систем;

основы экономической теории, производственных отноше­ний и управления с учетом технических, биологических, финан­совых и человеческих факторов;

основы здорового образа жизни.

Специалист должен уметь использовать все приобретенные знания в различных сферах своей профессиональной деятельно­сти с учетом развития науки и техники, анализировать свои возможности, приобретать новые знания, используя современные информационные образовательные технологии, быть готовым к кооперации с коллегами и работе в коллективе, уметь организо­вать работу исполнителей, находить и принимать управленчес­кие решения при наличии различных мнений.

Основа повышения производительности труда и снижения се­бестоимости сельскохозяйственной продукции — комплексная механизация и электрификация, использование прогрессивных технологий и процессов. Для их изучения в профессиональной образовательной программе предусмотрена дисциплина «Меха­низация и электрификация сельскохозяйственного производ­ства».

Цель дисциплины — дать будущим экономистам теоретичес­кие знания и практические навыки в области механизации, элек­трификации и автоматизации технологических процессов в сель­ском хозяйстве.

При изучении дисциплины студенты приобретают знания: по устройству, функционированию и способам настройки тракто­ров и базовых сельскохозяйственных машин, их агрегатов и ме­ханизмов; расчету и комплектованию агрегатов с высокими тех­нико-экономическими показателями при возделывании сельско­хозяйственных культур по индустриальным технологиям; мето­дам обоснования состава машинно-тракторного парка для предприятий агропромышленного комплекса; механизации тех­нологических процессов в животноводстве, основам электрифи­кации и автоматизации сельскохозяйственного производства; по практической подготовке к работе тракторов, сельскохозяй­ственных машин, составлению агрегатов и их управлению.

С учетом требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и согласно цели дисциплины подготовлен данный учебник, который может быть использован не только студентами, но И специалистами сельскохозяйственного производства.


Ра з д е л I

ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ


Глава 1

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТРАКТОРОВ АВТОМОБИЛЕЙ

1. 
   КЛАССИФИКАЦИЯ ТРАКТОРОВ
   

Трактор — колесная или гусеничная машина, приводимая в движение установленным на ней двигателем, предназначенная для перемещения и приведения в действие различных машин и орудий, тележек или саней, а также для привода стационарных машин от вала отбора мощности или приводного шкива.

Современные тракторы классифицируют по назначению, типу движителей и остову.

По назначению (рис. 1.1) различают тракторы:

общего назначения- ДТ-75М, Т-150, Т-150К, Т-4А, Т-70С, К-701, используемые для выполнения работ в растениеводстве, за исключением возделывания пропашных культур. В агрегате с почвообрабатывающими машинами эти тракторы применяют на вспашке, при культивации, бороновании, посеве, снегозадержа­нии, уборке зерновых и других культур;

универсально-пропашные — МТЗ-80, МТЗ-82, Т-40АМ, ис­пользуемые в растениеводстве и животноводстве, в том числе для возделывания и уборки пропашных культур. Разновидность уни­версальных колесных тракторов— самоходное шасси Т-16М и его модификации;

специальные, применяемые для возделывания отдель­ных сельскохозяйственных культур (хлопка — МТЗ-80Х, чая — Т-16 ММЧ, винограда, хмеля), а также в зависимости от условий (горный, мелиоративный, болотоходный — ДТ-75Б).

По типу движителей тракторы классифицируют:

на колесные, передвигающиеся с помощью колесного движи­теля;

гусеничные, передвигающиеся с помощью гусеничного дви­жителя;

полугусеничные, в которых используются колесные и гусе­ничные движители одновременно.

По типу остова тракторы бывают:

рамные — остов состоит из клепаной или сварной рамы, на­пример ДТ-75М;



полурамные — остов образуется корпусом трансмиссии и дву­мя продольными балками (лонжеронами), привернутыми или приваренными к корпусу;

безрамные — остов образуется в результате соединения корпу­сов отдельных механизмов.

Колесные тракторы могут иметь два ведущих колеса, т. е. один ведущий мост, например МТЗ-80, и четыре ведущих колеса (два ведущих моста) для улучшения тяговых свойств и повышения проходимости, например, МТЗ-82 или Т-40АМ.

Колесный трактор по сравнению с гусеничным универсален, дешевле в изготовлении и эксплуатации. Однако на переувлаж­ненных и рыхлых почвах он не столь эффективен в использова­нии, как гусеничный, так как давление на почву у последнего значительно меньше, чем у колесного, из-за большей опорной площади.

1.2. ТИПАЖ ТРАКТОРОВ

Типаж тракторов — это минимальный технически обоснован­ный ряд выпускаемых промышленностью или намеченных к вы­пуску тракторов, необходимых народному хозяйству. Классифи­кационный показатель типажа тракторов — тяговый класс.

Каждый класс содержит одну основную (базовую) модель трактора и несколько ее разновидностей (модификации), кото­рые используют для выполнения специальных работ. Любая мо­дификация представляет собой видоизмененную модель базового трактора, сохраняющую его основные сборочные единицы, т. е. имеющую высокую степень унификации, что позволяет быстро, с наименьшими затратами создавать машины, которые дешевле и проще в эксплуатации. Типаж сельскохозяйственных тракторов включает в себя десять тяговых классов, которым соответствуют номинальные тяговые усилия:

Тяговый класс Номинальное тяговое усилие, кН

0,2 1,8...5,4

0,6 5,4...8,1

0,9 8,1...12,6

1,4 12,6...18

2 18...27

3 27...36

4 36...45

5 45...54

6 54...72

8 72...108

Тракторы тягового класса 0,2 — маломощные, колесные. К ним относится трактор Т-08 (Т-0,10), предназначенный для ра­боты на небольших участках, в садах и огородах индивидуального и коллективного пользования, в личных подсобных хозяйствах и на школьных участках. Трактор оснащен карбюраторным двига­телем воздушного охлаждения мощностью 5,9 кВт (8л. с.). Масса трактора 550 кг.

К этому же классу относится трактор АМЖК-8, который мож­но использовать для механизации работ по уходу за домашними животными, приготовлению кормов и на транспортных работах.

Тракторы тягового класса 0,6 — колесные, универсально-про­пашные. К ним относится трактор Т-25А, предназначенный для работы в садоводстве, полеводстве и на животноводческих фер­мах. Имеет двигатель воздушного охлаждения мощностью 18,4 кВт с пуском от электрического стартера. Ширина колеи 1100...1500 мм, агротехнический просвет 450...657 мм; скорость движения 0,9...21,9 км/ч; масса 1650кг. К этому же классу отно­сятся тракторы Т-25К (модификация Т-25А), Т-30, Т-ЗОА, а так­же ряд самоходных шасси (СШ-28, Т-16МГ), которые при уста­новке на них самосвальной платформы используют на транспор­тных работах.

Тракторы тягового класса 0,9 — колесные, универсально-про­пашные. Базовая модель— Т-40М. Результат совершенствова­ния — модель ЛТЗ-55 [на нем установлен четырехцилиндровый дизель воздушного охлаждения мощностью 37 кВт (50л. с.)]. Аг­ротехнический просвет 500...600 мм, ширина колеи 1200...1500 мм, скорость движения 1,82...30 км/ч, масса 2380кг. К данному классу относятся тракторы Т-40АМ, Т-40АНМ — низко-клиренсные модификации, допускающие работу на склонах кру­тизной до 20°, а также трактор Т-28Х4М для возделывания хлоп­ка.

Тракторы тягового класса 1,4 — колесные, универсально-про­пашные. Предназначены для выполнения всех видов сельскохо­зяйственных работ (предпосевная обработка почвы, посев и меж­дурядная обработка пропашных культур, посадка картофеля, рас­сады, заготовка кормов, обслуживание животноводческих ферм, уборка сельскохозяйственных культур), транспортных, строи­тельно-дорожных и других, а также для привода стационарных машин. Базовая модель — трактор МТЗ-80. Оснащен четырехци­линдровым дизелем мощностью 55 кВт (75 л. с.) с водяным ох­лаждением. Ширина колеи задних колес 1400...2100 мм, передних 1350...1800 мм; скорость движения 1,80...33,4 км/ч, масса 3370 кг. К этому классу относятся также тракторы МТЗ-100, ЮМЗ-6АКЛ и МТЗ-102, МТЗ-82 повышенной проходимости.

Тракторы тягового класса 2 изготовляют в колесном (ЛТЗ-155) и гусеничном (Т-70С) исполнении.

Колесный трактор ЛТЗ-155— универсально-пропашной, ин­тегральной схемы, имеет существенные отличия от других колес­ных моделей: одинаковый размер управляемых и ведущих колес, две навесные гидравлические системы (передняя и задняя), наличие сзади кабины площадки для установки больших емкостей (1,6м³) с технологическим материалом (удобрения, пестициды, семена и т.д.), несколько валов отбора мощности. На тракторе установлен дизель жидкостного охлаждения мощностью ПО кВт (150л. с.). Скорость движения вперед 1,95...35,1, назад 3,3...17 км/ч; агротехнический просвет 590мм; масса 5100 кг.

Гусеничный трактор Т-70С имеет четырехцилиндровый ди­зель мощностью 51,5 кВт (70л. с.), ширину колеи 1350мм, агро­технический просвет 460мм, скорость движения 1,67... 11,36 км/ч, массу 4310кг. Модификация модели — трактор Т-70СМ.

Тракторы тягового класса 3 — колесные и гусеничные общего назначения. Две основные модели этого класса ДТ-75М и Т-150 предназначены для выполнения сельскохозяйственных работ (вспашка, сплошная культивация, боронование, посев, уборка и т.д.).

Трактор ДТ-75М — гусеничный с четырехцилиндровым дизе­лем мощностью 66,2 кВт (90л. с.). Его ширина колеи 1330 мм, до­рожный просвет 326мм, скорость движения 5,3...11,18 км/ч, масса 6250кг. Разработаны новые тракторы: ДТ-75Н, ДТ-75НМ, ДТ-75НБ, ДТ-75БР, ДТ-120Д, ДТ-175С «Волгарь», ДТ-175М и другие, выпускаемые АО «Волгоградский тракторный завод».

Трактор Т-150 —гусеничный, с шестицилиндровым дизелем мощностью 110,4кВт (150л. с.). Ширина колеи 1435мм, дорож­ный просвет 300 мм, скорость движения без ходоуменылителя 7,65...15,89 км/ч, с ходоуменьшителем 2,68...6,74 км/ч, масса 7030кг. Модификацией является трактор Т-153.

Трактор Т-150 имеет колесные модификации Т-150К и Т-151К. Трактор Т-151К оснащен шестицилиндровым дизелем мощнос­тью 121,5кВт (165л. с.). Ширина колеи 1680 или 1860мм (изме­нение осуществляется перестановкой колес), дорожный просвет 400 мм, скорость движения 3,3...30 км/ч, масса 8200кг.

Тракторы тягового класса 4 представлены базовой моделью — гусеничным трактором Т-4А с шестицилиндровым дизелем мощностью 95,5 кВт (130л. с.). Ширина колеи 1384мм, дорож­ный просвет 362 мм, скорость движения 3,47...9,52 км/ч, масса 8145 кг. Предназначен для проведения работ общего назначения.

Тракторы тягового класса 5 применяют для выполнения поч­вообрабатывающих, транспортных и других сельскохозяйствен­ных работ. Базовая модель — колесный трактор К-701, унифици­рованная— К-701М. Оснащен 12-цилиндровым дизелем мощно­стью 224 кВт (305л. с.). Скорость движения вперед 3,66...30 км/ч, назад 6,4...23 км/ч, ширина колеи 2100мм, дорожный просвет 500мм, масса 13 590кг. К этому же классу относится гусеничный трактор Т-5 «Дончак».

Тракторы тягового класса 6 предназначены для выполнения мелиоративных, дорожных, плантажных и других работ, а также вспашки. К этому классу относится гусеничный трактор Т-130 с четырехцилиндровым дизелем мощностью 117,8кВт (160л. А). Ширина колеи 1880мм; дорожный просвет 407мм; скорость движения вперед 3,63...12,45 км/ч, назад 3,53...9,9 км/ч. •$

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Автомобиль — машина, приводимая в движение установлен­ным на ней двигателем, предназначенная для перевозки различ­ных грузов, людей и буксирования прицепов или полуприцепов.

По назначению различают пассажирские, грузовые и специаль­ные автомобили. Пассажирские в зависимости от вместимости де­лят на легковые, вмещающие до восьми человек (выпускаются с закрытыми и открытыми кузовами), и автобусы, рассчитанные на перевозку более восьми человек. Автобусы в зависимости от их применения бывают городские, междугородные, туристские.

Грузовые автомобили подразделяют по их номинальной грузо­подъемности на автомобили особо малой (0,25...! т), малой (1,5...2,5т), средней (4...8т) и большой (свыше Ют) грузоподъем­ности. В зависимости от характера использования различают ав­томобили общего назначения с неопрокидывающимся бортовым кузовом, специализированные (самосвалы, цистерны, контейне­ровозы и т.д.) и тягачи (для постоянной работы с прицепами и полуприцепами). Автомобили-тягачи и общего назначения в сцепке с прицепом (полуприцепом) называют автопоездами.

Специальные автомобили: санитарные, пожарные, автокра­ны, цементовозы, молоковозы, для уборки улиц и т. п. предназ­начены для выполнения определенных работ (в основном не­транспортных), оборудованы соответствующими устройствами, приспособлениями и приборами.

По приспособляемости к дорожным условиям различают авто­мобили дорожной проходимости (для работы, главным образом, на дорогах с твердым покрытием и сухих грунтовых) и повышен­ной (для движения по плохим дорогам и в условиях бездорожья).

Некоторые типы автомобилей изображены на рисунке 1.2.

1.4. ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ ТРАКТОРА И АВТОМОБИЛЯ

Тракторы и автомобили состоят из механизмов, сборочных единиц и деталей, находящихся между собой в определенной взаимосвязи, конструкция и расположение которых в машине могут быть различными, но принципы их действия и назначения одинаковы.

Основные механизмы и агрегаты гусеничного трактора: двига­тель, трансмиссия, ходовая часть, механизмы управления, рабо­чее и вспомогательное оборудование (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Основные части гусеничного трактора ДТ-75:

1 — двигатель; 2 — сцепление; 3 — соединительный вал; 4 — ведущее коле­со; 5—планетарный механизм; 6— прицепное устройство; 7—гидравли­ческая навесная система; 8— конечная передача; 9— главная передача; 10— коробка передач; 11 — гусеничная цепь; 12— направляющее колесо
Двигатель преобразует химическую энергию сгорания топлива и атмосферного воздуха во вращательное движение ко­ленчатого вала с последующим переносом к потребителям: трансмиссии, механизму отбора мощности (МОМ), гидросисте­ме отбора мощности (ГСОМ).

Трансмиссия включает в себя муфту сцепления, соеди­нительный вал, коробку перемены передач, планетарные меха­низмы, главную и конечные передачи. Трансмиссия предназна­чена для передачи потока мощности от двигателя к ведущим ко­лесам 4 (звездочкам гусениц).



Рис. 1.4. Схема размещения основных частей колесного трактора МТЗ-80:

1 — управляемое колесо; 2— передний мост; 3 — двигатель; 4— сцепление; 5—главная передача; 6— конечная передача; 7— механизм навески; 8— ведущее колесо; Р —дифферен­циал; 10— коробка передач




Рис. 1.5. Расположение основных частей автомобиля:
1 — управляемое колесо; 2— передняя подвеска; 3— сцепление; 4— коробка передач; 5 — карданная передача; 6— главная передача; 7— дифференциал; 8— задняя подвеска; 9— ведущее колесо; 10— рама; 11 — рулевое управление; 12 — двигатель
Ходовая часть служит для преобразования вращатель­ного движения ведущих колес в поступательное движение трак­тора. В нее входят остов (рама), ведущие и направляющие коле­са, гусеничные цепи, поддерживающие ролики.

Механизмы управления изменяют траекторию движения трактора, останавливают и удерживают его неподвиж­но. К ним относятся планетарный механизм поворота и тормоза.

Рабочее оборудование трактора состоит из меха­низма навески с гидроприводом, прицепного устройства, меха­низма отбора мощности и приводного шкива. С помощью МОМ и ГСОМ приводятся в действие рабочие органы агрегатируемых машин.

Вспомогательное оборудование трактора: кабина с сиденьем для тракториста, капот, приборы освещения и сигнализации, система отопления и вентиляции, компрессор и т.д.

Назначение основных частей колесного трактора (рис. 1.4) то же, что у гусеничного.

Ходовая часть и механизмы управления колесного трактора состоят из остова, переднего моста, ведущих и управляемых ко­лес, рулевого управления. Между главной и конечной передача­ми установлен дифференциал.

Основные части автомобиля (рис. 1.5) и их размещение мало чем отличаются от схемы их расположения у колесного трактора. В автомобилях трансмиссию, ходовую часть, механизмы управле­ния, рабочее и вспомогательное оборудование объединяют под общим названием шасси. Основные части автомобиля — двига­тель, шасси, кузов.

Гла ва 2

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА ТРАКТОРНЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ, ИХ ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СИСТЕМЫ

На энергетической машине сельскохозяйственного назначе­ния устанавливают поршневые двигатели с внутренним сгорани­ем топлива (двигатели внутреннего сгорания — ДВС).

Классификация поршневых двигателей по основным признакам следующая:

по способу воспламенения горючей смеси (смесь топлива с воздухом в определенных пропорциях) — с воспламенением от сжатия (дизели) и с принудительным воспламенением от элект­рической искры (карбюраторные);

по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним смесеобразованием (дизели). Карбюра­торные двигатели применяют, как правило, на автомобилях осо­бо малой, малой и средней грузоподъемности, а дизельные — на тракторах, большегрузных автомобилях, комбайнах и в качестве стационарных двигателей;

по способу осуществления рабочего процесса — четырех- и двухтактные;

по виду применяемого топлива — работающие на жидком топ­ливе (бензине и дизельном топливе) и работающие на газообраз­ном топливе (сжатом и сжиженном газах);

по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т.д.);

по расположению цилиндров — однорядные вертикальные и горизонтальные, двухрядные горизонтальные оппозитные (в тя­желых мотоциклах) и У-образные, многорядные звездообразные (в самолетах АН-2М).

В поршневом ДВС в результате сгорания горючей смеси хи­мическая энергия смеси переходит в тепловую, которая, в свою очередь, с помощью различных механизмов и систем превраща­ется в механическую.

Для обеспечения работы поршневой двигатель оборудован следующими механизмами: кривошипно-шатунным, газораспре­деления и регулятора скорости, а также системами питания, ох­лаждения, смазочной, зажигания и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм преобразовывает прямоли­нейное возвратно-поступательное движение поршня во враща­тельное движение коленчатого вала. В него входят цилиндр (рис. 2.1), поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, колен­чатый вал и маховик. Сверху цилиндр закрыт головкой.
Рис. 2.1. Устройство одноцилиндрового

/О

четырехтактного карбюраторного

двигателя:

13

1 — шестерни привода распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толка­тель; 4— пружина; 5 — выпускная труба; б — впускная труба; 7—карбюратор; 8— выпус­кной клапан; 9— провод к свече; 10— искро­вая зажигательная свеча; 11 — впускной кла­пан; 12— головка цилиндра; 13— цилиндр; 14— водяная рубашка; /5—поршень; 16— поршневой палец; 17— шатун; 18— махо­вик; 19— коленчатый вал; 20— резервуар для масла (поддон картера)
Механизм газораспределения

предназначен для впуска в ци­линдр горючей смеси или воз­духа и выпуска из него отрабо­тавших газов в определенные промежутки времени. Состоит из распределительного вала, шестерен, привода распреде­лительного вала, толкателей, клапанов, пружин.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (карбюраторные и газовые двигатели) или подачи топлива в цилиндр и наполнения его воздухом (дизели).

Регулятор скорости —это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или го­рючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

Смазочная система предназначена для подвода смазочного ма­териала к поверхностям трения деталей и частичного отвода теп­лоты от трущихся деталей.

Система охлаждения предназначена для отвода теплоты от на­гретых деталей в атмосферу и может быть жидкостной или воз­душной.

Система зажигания служит для своевременного зажигания го­рючей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двигателей.

Система пуска служит для пуска двигателя в работу.

2.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
При изучении конструкции и принципа работы поршневого ДВС пользуются следующими основными понятиями и опреде­лениями

Рис. 2.2. Схема и основные размеры поршневого двигателя внутреннего сгорания:

а — поршень в в.м.т.; б— поршень в н.м.т.
Нижняя мертвая точка (н. м. т.) — положение поршня в цилин­дре, при котором расстояние S₂(рис. 2.2) от него до оси коленча­того вала наименьшее.

Верхняя мертвая точка (в. м. т.) — положение поршня в цилин­дре, при котором расстояние S₁ от него до оси коленчатого вала двигателя наибольшее.

Ход поршня S, м, — расстояние по оси цилиндра между мерт­выми точками. При каждом ходе поршня коленчатый вал пово­рачивается на половину оборота, т. е. на 180°. Если радиус кри­вошипа обозначить через r, то S= 2r

Рабочий объем цилиндра V_p, м³, — объем цилиндра, освобожда­емый поршнем при перемещении от в. м. т. к н. м. т.:

πd²

Vp = ------ S, (2.1)

4

где d— диаметр цилиндра, м.

Объем камеры сжатия У_с, м³, — объем над поршнем, находя­щимся в в. м. т.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сжатия и ра­бочего объема цилиндра, т. е. объем над поршнем, находящимся в н. м. т.:


(2.2)
Va = Vp + Vc

Литраж двигателя У_л — сумма рабочих объемов всех его ци­линдров, выраженная в литрах:

Vл = 10^-3V_pi(2 3)

где i — число цилиндров двигателя.

Степень сжатия — отношение полного объема У_ацилиндра к объему камеры сжатия У_с:

ε =Va/Vc.(2.4)

Степень сжатия двигателей разных типов различна. Так, у карбюраторных двигателей, работающих на легком топливе (бен­зин), степень сжатия 5...10, а у дизельных, работающих на ди­зельном топливе, — 15...22. При увеличении степени сжатия по­вышаются нагрузки на детали двигателя. Поэтому дизельные двигатели выполняют массивнее и тяжелее карбюраторных.

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в его цилин­драх происходят периодически сменяющиеся процессы, которые обусловливают работу двигателя. Совокупность этих процессов называют рабочим циклом. Рабочий цикл состоит из следующих процессов: впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск. При рабочем цикле химическая энергия топлива преобразуется в ме­ханическую. Рабочий цикл двигателя осуществляется в течение нескольких тактов.

Такт — это часть рабочего цикла (один или несколько процес­сов рабочего цикла), соответствующая движению поршня от од­ной мертвой точки к другой. Как отмечалось ранее, двигатели внутреннего сгорания делят на четырех- и двухтактные. У четы­рехтактных двигателей рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, у двухтактных — за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.

2.3. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ДВИГАТЕЛЯ

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя происхо­дит в такой последовательности.

Такт впуска. Поршень (рис. 2.3, а) под действием ко­ленчатого вала и шатуна перемещается от в. м. т. к н. м. т. При этом открывается впускной клапан и в цилиндр над поршневым пространством поступает воздух. Давление в конце такта впуска составляет 0,08...0,09 МПа, температура воздуха 50...70°С. Когда поршень дойдет до н. м. т., впускной клапан закроет канал, по которому поступал воздух.



а б & г

Рис. 2.3. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля:

а —такт впуска; б —такт сжатия; в —такт расширения; г —такт выпуска; / — впускной кла­пан; 2— форсунка; 3— выпускной клапан; 4—цилиндр; 5—поршень; 6— топливный насос высокого давления; 7— коленчатый вал; 8— шатун; /— воздух; //— топливо; III— отработав­шие газы
Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться вверх (рис. 2.3, б), впускной и выпускной клапаны закрыты. Воздух в цилиндре сжимается. В конце такта сжатия давление в цилиндре достигает 3,5...4 МПа, а температура 500...600 "С, которая превышает температуру само­воспламенения топлива. При положении поршня, близком к в. м. т., в цилиндр через форсунку в распыленном состоянии под давлением, создаваемым насосом, впрыскивается дизельное топ­ливо. При этом оно интенсивно смешивается с нагретым возду­хом, образуя рабочую смесь.

Поскольку температура сжатого воздуха выше температуры самовоспламенения топлива, рабочая смесь воспламеняется и сгорает. Давление сгорающих газов повышается до 5,5...9 МПа, а их температура до 1800...2100 "С.

Такт расширения. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Расширяющиеся газы давят на поршень, и он движется от в. м. т. к н. м. т. (рис. 2.3, в), поворачивая через шатун коленча­тый вал. В начале такта расширения сгорает остальная часть топ­лива. К концу такта давление газов уменьшается до 0,3...0,4 МПа, а температура — до 600...900 °С.

Такт выпуска. Когда поршень подходит к н. м. т., открывается выпускной клапан (рис. 2.3, г). Отработавшие газы под действием избыточного давления, а затем давления поршня уст­ремляются через открытый клапан в атмосферу. При этом пор­шень за счет энергии маховика, накопленной при такте расширения, переместится к в. м. т. и очистит полость цилиндра от отработавших газов. Давление газов в конце такта выпуска 0,11...0,12 МПа, температура 400...800 ^оС. В дальнейшем рабочий цикл повторяется.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя в целом аналогичен дизельному. Однако в этом случае рабочая смесь приготовляется в специальном устройстве (карбюраторе), а не в цилиндре, как у дизельного. Воспламенение смеси происхо­дит за счет искры, возникающей между электродами свечи.

Двухтактные двигатели внутреннего сгорания так же, как и четырехтактные, могут быть дизельными и карбюраторными. У двухтактных двигателей отсутствует клапанный механизм газо­распределения, но предусмотрена кривошипно-продувочная ка­мера (рис. 2.4).

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя следую­щий.

Такт сжатия. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. (рис. 2.4, а), перекрывая в начале хода продувочное окно, а затем выпускное. В цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере со­здается разрежение, и как только нижняя кромка юбки поршня откроет впускное окно, через него из карбюратора начинает по­ступать свежая порция топливно-воздушной смеси.

Такт расширения, выпуска и впуска. При подходе поршня к в. м. т. (за 25...27° по углу поворота коленчато­го вала) сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической ис-



Рис. 2.4. Схема устройства и работы двухтактного карбюраторного двигателя:

/ — продувочное окно; 2 — выпускное окно; 3 — впускное окно; 4 — карбюратор; 5— искровая свеча; 6— поршень; 7— цилиндр; 8— криво­шипно-продувочная камера

крой свечи. Расширяющиеся при сгорании топлива газы застав­ляют поршень перемещаться к н. м. т. (рис. 2.4, б). Как только он перекроет впускное окно, в кривошипной камере начинается сжатие ранее поступившей сюда смеси (в конце процесса давле­ние составляет 0,12...0,14МПа).

В конце хода поршня открывается выпускное окно (рис. 2.4, в), а затем и продувочное. Через выпускное окно отработавшие газы с большой скоростью выходят в атмосферу. К моменту от­крытия продувочного окна давление в кривошипной камере ста­новится выше, чем давление отработавших газов в цилиндре, по­этому в цилиндр из кривошипной камеры поступает порция го­рючей смеси, выталкивая при этом остатки отработавших газов через выпускное окно, и заполняет цилиндр свежей смесью. Да­лее рабочий цикл осуществляется в такой же последователь­ности.

2.4. СРАВНЕНИЕ ДИЗЕЛЬНЫХ И КАРБЮРАТОРНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

С точки зрения экономических показателей дизельные двига­тели значительно экономичнее карбюраторных благодаря следу­ющим факторам.

1. На единицу произведенной работы расходуется в среднем
на 20...25 % (по массе) меньше топлива, что объясняется более
качественным смесеобразованием и полным сгоранием рабочей
смеси.

2. Дизельные двигатели работают на более дешевом топливе,
которое менее опасно в пожарном отношении.

Дизельные двигатели имеют недостатки.

1. 
   Вследствие более высокого давления газов в цилиндре не­
   которые детали должны иметь повышенную прочность, что при­
   водит к увеличению размеров и массы двигателя.
   
2. 
   Из-за плохой испаряемости дизельного топлива пуск двига­
   теля затруднен, особенно в зимнее время.
   

Хорошие экономические показатели дизельных двигателей обеспечили им широкое применение в тракторах и автомобилях большой грузоподъемности.

Большинство используемых в сельском хозяйстве двигате­лей четырехтактные, потому что двухтактные двигатели менее экономичны из-за того, что цилиндр хуже очищается от продуктов сгорания. Особенно неэкономичны двухтактные карбюраторные двигатели, в которых цилиндры продувают горючей смесью.

2.5. РАБОТА МНОГОЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается не­равномерно: ускоренно — во время такта расширения и замед­ленно — в других тактах. При сгорании заряда горючей смеси, необходимого для получения нужной мощности, на детали кри-вошипно-шатунного механизма действует ударная нагрузка, что увеличивает их износ и вызывает колебания всего двигателя.

При движении поршня, шатуна и коленчатого вала возникают значительные силы инерции, которые достаточно сложно урав­новесить. Кроме того, для такого двигателя характерна плохая приемистость, т. е. способность быстро увеличивать частоту вра­щения коленчатого вала при увеличении количества сгораемого топлива.

Чтобы устранить недостатки одноцилиндровых двигателей, на тракторах и автомобилях устанавливают многоцилиндровые дви­гатели, т. е. такие, у которых несколько одноцилиндровых двига­телей объединены в один. Коленчатый вал этих двигателей вра­щается более равномерно.

Расположение цилиндров таких двигателей может быть одно-или двухрядным. Цилиндры большинства однорядных двигате­лей размещают вертикально, двухрядных — под углом друг к дру­гу. Двухрядные двигатели (рис. 2.5) могут быть У-образные (угол между цилиндрами меньше 180°) и оппозитные (угол между ци­линдрами равен 180°).

Отечественные двигатели имеют различное число цилинд­ров—от 2 до 12. В многоцилиндровых двигателях такты расши­рения осуществляются в определенной последовательности, в соответствии с порядком работы, который зависит от расположе­ния цилиндров, взаимного положения кривошипов коленчатого вала и последовательности открытия и закрытия клапанов меха­низма газораспределения.

Рассмотрим работу многоцилиндровых двигателей на примере четырехцилиндрового однорядного двигателя (рис. 2.6).

Этот двигатель можно представить как соединенные вместе четыре одноцилиндровых двигателя с одним общим коленчатым валом, кривошипы (колена) которого расположены в одной плоскости. Два крайних колена направлены в одну сторону, а два средних —в противоположную (под углом 180°). В этом случае

Рис. 2.5. Схемы расположения цилиндров двигателя:

а — однорядное; б — двухрядное

У-образное; в — двухрядное

оппозитное



Рис, 2.6. Работа четырехцилиндрового четырёхтактного двигателя (порядок работы

поршни движутся в цилиндрах в одном направлении попарно. Если в первом и четвертом цилиндрах поршни опускаются, то во втором и третьем — поднимаются (и наоборот).

2.6. МОЩНОСТЬ И ЭКОНОМИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
В процессе рабочего цикла часть тепловой энергии, выделяю­щейся при сгорании топлива, превращается в механическую. Ра­бота за один цикл, определяемая по индикаторной диаграмме,

называется индикаторной. Мощность равна отношению работы ко времени ее совершения. За единицу мощности принимается ватт (Вт), что соответствует работе в 1 Дж, выполненной в 1 с.

Индикаторная мощность Ni — это мощность, развиваемая газа­ми в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Ее определяют по индикаторной работе цикла.

В зависимости от совершенства конструкции и технического состояния двигатель расходует то или иное количество топлива для выполнения одной и той же полезной работы. Чем больше теплоты, выделенной сгоревшим в цилиндре топливом, преобра­зуется в полезную работу, тем экономичнее двигатель.

Массу топлива, расходуемую двигателем при определенной нагрузке в течение 1 ч, называют часовым расходом топлива Gт. Зная расход Gт, (кг/ч), можно определить удельный индикаторный расход топлива g_i [г/(кВт • ч)], т. е. массу топлива, затрачиваемого в 1 ч на единицу индикаторной мощности:
g_i = 1000G_T/Ni (2.5)
Степень использования теплоты, которая может быть выделе­на при сгорании топлива, поданного в двигатель для получения индикаторной работы, определяется индикаторным коэффици­ентом полезного действия (КПД).

Индикаторный КПД — это отношение теплоты Qi, эквивален­тной индикаторной работе цикла, к расчетной теплоте Qт сгорания топлива, затраченной на получение этой работы:

η ⁼Qi / Qт ⁼ 3600/(g_iH_u), (2.6)

где g_i — удельный индикаторный расход топлива, г/(кВт • ч); H_u— низшая удель­ная теплота сгорания топлива, МДж/кг.

При работе в номинальном режиме индикаторный КПД авто­тракторных карбюраторных двигателей составляет 0,26...0,35, а дизелей— 0,38...0,45. Индикаторные удельный расход топлива и КПД характеризуют, насколько совершенно протекает действи­тельный рабочий цикл.

Мощность трения N_Т —это часть индикаторной мощности, требуемая для преодоления трения движущихся деталей и приве­дения в действие вспомогательных устройств двигателя (масля­ного и водяного насосов, вентилятора, генератора, топливного насоса и др.). Она зависит от состояния трущихся поверхностей, качества смазочного материала, износа деталей и других показа­телей.

Эффективная мощность — это мощность двигателя, передавае­мая рабочей машине или трансмиссии,
Ne = Ni - N_Т (2.7)


Механический КПД — это отношение эффективной мощнос­ти к индикаторной;

η_м = Ne/Ni. (2.8)

При работе в номинальном режиме механический КПД со­временных автотракторных двигателей составляет 0,75...0,88.

Рабочий цикл дизелей характеризуется большими давления­ми, чем рабочий цикл карбюраторных двигателей. Поэтому у ди­зелей увеличиваются затраты мощности на трение, вследствие чего их механический КПД меньше.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя механический КПД уменьшается. В условиях эксплуатации меха­нический КПД снижается с уменьшением нагрузки, так как ме­ханические потери при этом почти не изменяются.

Эффективный КПД оценивает степень использования в дви­гателе теплоты сгоревшего топлива с учетом всех потерь (тепло­вых и механических):

η_e = η_i η_м. (2.9)

При работе на номинальном режиме значение эффективного КПД для автотракторных карбюраторных двигателей составляет 0,24...0,28, для дизелей —0,32...0,40.

Экономичность различных двигателей сравнивают по эффек­тивному удельному расходу топлива g_eпредставляющему собой массу топлива, расходуемую в 1 ч на единицу эффективной мощ­ности:
g_e = 1000 G_T / N_e (2.10)
Номинальное значение g_e у современных автотракторных бензиновых карбюраторных двигателей находится в пределах 285.. .320 г/(кВт - ч), а у дизелей — 280.. .260 г/(кВт • ч). Экономич­ность — основное преимущество современных дизелей.

Эффективные КПД и удельный расход топлива характеризуют экономичность двигателя. Связь между этими показателями оп­ределяется формулой

η_e = 3600/(g_eH_u) (2.11)

Только небольшая часть теплоты, которая может выделиться при полном сгорании топлива в двигателе, превращается в по­лезную. Причины этого следующие.

1. 
   Отработавшие газы, выталкиваемые в такте выпуска, содержат значительное количество теплоты, которое не используется для полезной работы.
   
2.