Винокуров_Машины_механизмы_ЛХ

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала, называются четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, называются двухтактными. Из всех тактов рабочего цикла только при такте расширения газов совершается полезная работа. Поэтому он называется рабочим тактом (ходом). Остальные такты совершаются за счет кинетической энергии, накопленной при рабочем ходе, и являются вспомогательными.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя. За время работы двигателя внутреннего сгорания в его цилиндре происходит периодическое изменение состояния рабочего тела (газа), соответствующего определенным тактам. Рабочий цикл карбюраторного двигателя (рис. 13.3) состоит из такта впуска, такта сжатия, такта рабочего хода, такта выпуска.

Такт впуска (см. рис. 13.3, а). За счет постороннего источника энергии (электрический стартер, механическое пусковое устройство и т.д.) коленчатый вал / двигателя приводится во вращение и поршень 3 перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан 6 открыт, цилиндр сообщается с атмосферой. При этом в цилиндре создается частичное разрежение. Воздух, проходя через фильтр под действием атмосферного давления, очищается от пыли и примесей и поступает в карбюратор, где смешивается с топливом. Образовавшаяся горючая смесь заполняет освободившийся объем цилиндра. К моменту прихода поршня к НМТ впускной клапан зак-

6 7 8 9

Рис. 13.3. Схема рабочего цикла четырехтактного карбюраторного двигателя:

а — впуск; б — сжатие; в — расширение (рабочий ход); г — выпуск; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 — впускной трубопровод; 6 — впускной клапан; 7 — свеча зажигания; 8 — выпускной клапан; 9 — выпускной

трубопровод

272

рывается. Давление в конце такта впуска составляет 0,07... 0,09 МПа, температура — 60...90 °С.

Такт сжатия (см. рис. 13.3, б). Поршень при дальнейшем повороте коленчатого вала движется от НМТ к ВМТ Во время этого хода оба клапана остаются закрытыми, объем цилиндра над поршнем уменьшается, что приводит к сжатию рабочей смеси. Для исключения самовоспламенения рабочей смеси карбюраторные двигатели МГ-тракторов и мотоблоков проектируют с таким расчетом, чтобы степень сжатия находилась в пределах 6... Ю. Давление в цилиндре в конце такта составляет 0,7... 1,2 МПа, температура — 300...400 "С. При подходе поршня к ВМТ рабочая смесь воспламеняется от электрической искры свечи зажигания 7.

Такт расширения {рабочий ход) (см. рис. 13.3, в). С момента воспламенения рабочей смеси начинается рабочий ход поршня, в течение которого совершается полезная работа по вращению коленчатого вала двигателя, при этом оба клапана закрыты. В результате быстрого сгорания рабочей смеси давление в цилиндре составляет 3,0...4,5 МПа, температура повышается до 2380 °С. Поршень движется от ВМТ к НМТ В конце такта расширения давление понижается до 0,3...0,4 МПа, температура — до 1000... 1200 °С.

Такт выпуска (см. рис. 13.3, г). При нахождения поршня вблизи НМТ происходит открытие выпускного клапана. По мере перемещения поршня вверх за счет энергии, накопленной маховиком, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускной трубопровод. К концу такта давление в цилиндре составляет 0,11...0,12 МПа, температура - 500...900 °С.

Описанная последовательность тактов повторяется в течение всей работы двигателя.

В отличие от карбюраторного двигателя смесеобразование в дизеле происходит непосредственно в цилиндре двигателя. Рабочий цикл дизеля показан на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Схема рабочего цикла четырехтактного дизельного двигателя:

а — впуск; б — сжатие; в — расширение; г — выпуск

273

Такт впуска (см. рис. 13.4, а). При вращении коленчатого вала двигателя поршень перемещается от ВМТ к НМТ При этом объем цилиндра заполняется воздухом, предварительно очищенным в воздухоочистителе. Давление в конце такта составляет 0,08...0,09 МПа, температура — 50...80 °С.

Такт сжатия (см. рис. 13.4, б). Поршень движется вверх, сжимая воздух в цилиндре. Клапаны закрыты. Вследствие большой степени сжатия (е = 14... 22) давление возрастает, достигая в конце такта 3,5...4,0 МПа, соответственно температура возрастает — до 600...650 "С, создавая предпосылки для воспламенения топлива, которое впрыскивается в цилиндр в конце такта сжатия.

Такт расширения (см. рис. 13.4, в). Впрыснутое через форсунку топливо смешивается с нагретым воздухом, образуя рабочую смесь. Температура сжатого воздуха выше температуры самовоспламенения топлива, что приводит к воспламенению и сгоранию рабочей смеси. Давление внутри цилиндра резко возрастает, достигая 6...9 МПа, а температура — 1720... 1920 °С. Поршень совершает полезную работу, перемещаясь от ВМТ к НМТ В конце такта давление (0,3...0,5 МПа) и температура (627...927 °С) уменьшаются.

Такт выпуска (см. рис. 13.4, г). Такт протекает аналогично происходящему в карбюраторном двигателе, но при меньшей температуре отработавших газов и давлении.

Рабочий цикл двухтактного двигателя. Двухтактные двигатели, как и четырехтактные, могут быть карбюраторными и дизельными. Рассмотрим принцип действия карбюраторного двухтактного двигателя. Особенностью работы двигателя является заполнение герметичной кривошипной камеры горючей смесью до поступления в цилиндр.

Схема устройства двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой и осуществление его рабочего цикла показаны на рис. 13.5. В стенке цилиндра имеются три окна: впускное 7, продувочное 2 и выпускное 6. Кривошипная камера 8 непосредственного сообщения с атмосферой не имеет. К впускному окну 7с помощью патрубка присоединен карбюратор. Перепускной канал 1 служит для перехода горючей смеси из кривошипной камеры в надпоршневое пространство цилиндра.

Работа двухтактного двигателя (см. рис. 13.5, а) происходит следующим образом. При движении поршня 3 от НМТ перекрывается сначала продувочное окно 2, затем выпускное окно 6 (такт сжатия). Одновременно с этим в кривошипной камере 8 создается разрежение. В нее через открывшееся впускное окно 7начинает поступать горючая смесь, приготовленная в карбюраторе. Когда поршень 3 подходит к ВМТ, сжатая горючая смесь воспламеняется электрической искрой свечи зажигания 5. При сгорании смеси вследствие расширения давление газов резко возрастает. Под давлением газов (см. рис. 13.5, б) поршень перемещается от ВМТ к

274

13.1.5. Сравнительная характеристика двигателей

Дизельный двигатель по сравнению с карбюраторным имеет следующие преимущества: коэффициент полезного действия выше за счет сокращения тепловых потерь, вследствие чего на единицу произведенной работы двигатель расходует в среднем на 20...25 % (по массе) меньше топлива; работает на более тяжелых сортах топлива, которое дешевле и менее опасно в пожарном отношении, чем бензин.

Вместе с тем дизельный двигатель обладает рядом недостатков, основными из которых являются: прочность отдельных деталей должна быть выше из-за более высокого давления газов в цилиндре, что ведет к увеличению массы двигателя; пуск дизельного двигателя требует большего расхода энергии, особенно в зимнее время.

Однако хорошие экономические показатели дизельных двигателей обеспечили им широкое применение.

Анализ работы четырехтактного и двухтактного двигателей позволяет отметить их преимущества и недостатки.

Преимущества двухтактного двигателя следующие: в связи с тем, что рабочий ход совершается за каждый оборот коленчатого вала, мощность двухтактного двигателя на 60... 70 % превышает мощность четырехтактного двигателя равной размерности; двухтактный двигатель работает более равномерно; устройство, эксплуатация и ремонт двухтактного двигателя проще, чем четырехтактного.

Недостатками двухтактного карбюраторного двигателя следующие: меньшая экономичность, так как до 30 % горючей смеси теряется при выпуске отработавших газов из цилиндра; после продувки в цилиндре остается часть отработавших газов, ухудшающих его наполнение; кривошипно-камерная продувка не обеспечивает подачу горючей смеси в достаточном количестве, при длительной работе двигатель быстро перегревается и изнашивается, потому что смесь в цилиндре горит вдвое чаще, чем у четырехтактного; срок службы двигателя ниже вследствие отсутствия смазочной системы.

Недостатком двухтактного дизельного двигателя является его пониженная топливная экономичность вследствие неполного сгорания топлива и наличия потерь при продувке.

13.1.6. Рабочее оборудование МГ-трактора и мотоблока

Для крепления на тракторе навесных технологических машин и орудий и управления их положением служит группа механизмов, называемых навесной системой. В основном применяется раз- дельно-агрегатная навесная система, в которой отдельные эле-

276

менты (агрегаты) рассредоточены по всему трактору, а не в одном месте. При такой системе навесные технологические машины

иорудия можно присоединить к трактору не только сзади, но и в других удобных для этой цели местах. Раздельно-агрегатная навесная система состоит из двух основных частей: механизма навески

игидравлической системы (рис. 13.6).

Механизм навески 6 служит для присоединения к трактору навесных технологических машин или орудий. Он состоит из нескольких тяг и рычагов, шарнирно прикрепленных к трактору сзади. Чаще всего применяется шарнирный четырехзвенный механизм навески с трехили двухточечной схемой присоединения технологических машин или орудий.

Гидравлическая система обеспечивает подъем и опускание навешанных на трактор технологических машин и орудий. В систему входят: масляный насос 3, распределитель 4, масляный бак 1 с масляным фильтром 2, силовые (основной 5 и выносные) цилиндры, трубопроводы с арматурой, включающей в себя соединительные муфты с запорными клапанами и разрывные муфты. Гидравлическую систему заполняют рабочей жидкостью. При включении масляный насос 3 засасывает масло из масляного бака 1 и

2 1

Рис. 13.6. Основные элементы раздельно-агрегатной навесной системы трактора:

1 — масляный бак; 2 — масляный фильтр; 3 — масляный насос; 4 — распредели-

тель; 5 — основной силовой цилиндр; 6 — механизм навески

277

под большим давлением (9,8 • 106... 12,25 • 106 Па) подает его к распределителю 4. Каждая рукоятка распределителя служит для управления одним силовым цилиндром (или несколькими спаренными) и может быть переведена в четыре положения: нейтральное, подъем, опускание и плавающее. В зависимости от положения рукояток распределителя масло сливается в бак или направляется в основной силовой цилиндр 5, поднимая либо опуская при этом присоединенную к нему технологическую машину или орудие, либо обеспечивая их плавающее перемещение.

Для присоединения к МГ-трактору и мотоблоку прицепных технологических машин имеется прицепное устройство, позволяющее перемещать точку прицепа как в горизонтальной, так и вертикальной (у некоторых тракторов) плоскости.

Для передачи крутящего момента технологическим машинам и орудиям с активными рабочими органами используется вал отбора мощности трактора. Привод ВОМ осуществляется от первичного вала коробки передач (зависимый привод) или передается через основную муфту сцепления на силовую передачу (трансмиссию) и через специальную муфту сцепления — на вал отбора мощности (независимый привод).

Для приведения в действие машин и орудий от работающего на стационаре трактора используется приводной шкив, получающий вращение от вала коробки передач или вала отбора мощности. Включается или выключается приводной шкив рычагом или педалью.

13.1.7. Современные отечественные и зарубежные малогабаритные тракторы и мотоблоки

Трактор Т-25А (рис. 13.7) может использоваться на многих технологически операциях ухода за зелеными насаждениями, работам по дополнительной обработке почвы, уходам за дорожно-тро- пиночной сетью на объектах городского зеленого хозяйства и т. д.

Трактор оснащен двухцилиндровым дизельным двигателем Д-21 с воздушным охлаждением, мощностью 15 кВт, оборудован передней 7, боковой и задней 4 системами навески рабочих органов, обкатным редуктором на заднем валу отбора мощности, позволяющем упростить управление различными технологическими машинами (зимней щеткой, почвенной фрезой, поливомоечным прицепом и т.д.).

Электрогенератор питает электродвигатели навесного оборудования и ручного инструмента для подрезки кустарника.

Скорость движения изменяется от 1,58 до 6,0 м/с, с ходоуменыпителем — от 0,2 до 0,76 м/с. Все передачи реверсированы. Изменение положения оси переднего колеса и бортовой передачи обеспечивает три положения трактора: низкое (0,45 м), среднее

278

света, колеи, продольной базы, переналадка поста управления для работы на реверсе;

трактор Т-ЗОА является модификацией трактора Т-30. Конструкция трактора предусматривает регулировку колес, дорожного просвета, продольной базы.

Трактор МТ-15 предназначен для выполнения работ на объектах городского зеленого и коммунального хозяйства. Двигатель двухцилиндровый дизельный мощностью 11,3 кВт. Габариты трактора позволяют использовать его в низинах, на неудобьях, площадях сложной конфигурации, промышленных теплицах. Он имеет четыре реверсированные передачи с диапазоном скоростей 1,1...7,19 м/с (вперед) и 1,4...9,3 м/с (назад); дорожный просвет 280 мм; колея 1170 мм. Агрегатируется со всеми навесными и прицепными орудиями к тракторам класса 2...6 кН.

Трактор МТ-16 имеет более мощный (23 кВт) двигатель. Он предназначен для тех же целей, что и трактор МТ-15.

Трактор ЛЖЗ-0/2 имеет четырехтактный карбюраторный двигатель мощностью 12 кВт, интервал скоростей 0,7...4,0 м/с (вперед) и 0,9...4,1 м/с (назад). Навесная система, передний и задний ВОМ позволяют агрегатировать с ним специальные машины и орудия для работы в городском коммунальном хозяйстве.

Серия малогабаритных тракторов, выпускаемых в Белоруссии (ПО «МТЗ») представлена колесными тракторами «Беларусь082БС» (мощность двигателя 10,22 кВт), «Беларусь-215» (мощность двигателя 17,52 кВт), «Беларусь-321» (мощность двигателя 24,4 кВт) и др. Колесная формула тракторов 4x4. Она обеспечивает им повышенную проходимость, что наряду с небольшими габаритными размерами дает возможность применять их как на энергоемких операциях (подготовка почвы, планировка, перевозка грузов и т.п.), так и на уходах за зелеными насаждениями.

Малогабаритные тракторы МТ8-50 (производство Чехии) оборудованы передним и задним ВОМ, навесным и прицепным оборудованием. Мощность дизельного двигателя от 10 до 25 кВт с интервалом скоростей 0,36...6,8 м/с; число реверсированных передач — 8; дорожный просвет 240 мм. Тракторы комплектуются технологическим оборудованием, включающим в себя почвообрабатывающие орудия (двухкорпусной оборотный плуг, культиватор для сплошной обработки, культиватор для междурядной обработки, рыхлитель, бульдозерный отвал), посевные и п о с а д о ч - ные машины, машины для полива и ухода за насаждениями, фронтальную и боковую косилки и т. п.

Современные зарубежные малогабаритные тяговые машины успешно совмещают одно- и многофункциональные задачи, выполняемые одним тягачом. Так, малогабаритный тягач «Бобкэт»

(США), предназначенный для выполнения п о г р у з о ч н о - р а з г р у з о ч - ных работ, имеет большое число дополнительных технологичес-

280