ĆWICZENIE 18 ANALIZA UKŁADU NAPĘDOWEGO CIĄGNIKA

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 18 ANALIZA UKŁADU NAPĘDOWEGO CIĄGNIKA 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie budowy i zasady działania podzespołów ciągnika oraz poznanie wpływu cech konstrukcyjnych układu napędowego na właściwości trakcyjne ciągnika rolniczego. 2. Podstawy teoretyczne Podstawową jednostka energetyczną stosowaną w rolnictwie do prac polowych i transportowych jest uniwersalny ciągnik rolniczy. Ciągnik wyposażony jest w wysokoprężny, czterosuwowy silnik spalinowy z wtryskiem paliwa do komory spalania (wtrysk bezpośredni) lub z wtryskiem paliwa do komory wirowej umieszczonej w głowicy (wtrysk pośredni). Układ napędowy ciągnika stanowi: sprzęgło, skrzynia biegów z reduktorem, tylny most i zwolnice. W ciągnikach z napędem na dwie osie układ napędowy powiększony jest o: skrzynię rozdzielczą, wał pędny i przedni most napędowy. Schematy blokowe układów napędowych ciągników przedstawia rys a i b. Z pozostałych podzespołów ciągnika należy wymienić: - podnośnik hydrauliczny, - wałek odbioru mocy, - układ kierowniczy, - układ hamulcowy, - układ pneumatyczny, - układ zawieszenia narzędzi, - instalację elektryczną. W ciągnikach dużej mocy (powyżej 75 KM) wyposażeniem dodatkowym może być: - wspomaganie układu kierowniczego, - wzmacniacz momentu obrotowego. Silnik - jest urządzeniem energetycznym, w którym energia cieplna otrzymana ze spalenia mieszanki paliwowo-powietrznej zostaje zamieniona na energię mechaniczną. 1

2 Rys Schematy blokowe układów napędowych ciągnika: a) z napędem na jedną oś, b) z napędem na dwie osie, S - silnik, Sp - sprzęgło, Sb - skrzynie biegów, TM - tylny most, TP - przedni most, SR - skrzynie rozdzielcze, Z - zwolnice Zasadę pracy czterosuwowego silnika spalinowego w układzie zmiennych p-v przedstawia rys Rys Obieg rzeczywisty czterosuwowego silnika spalinowego: P o - ciśnienie otoczenia, V ks - objętość komory spalania, V c objętość całkowita cylindra, V s - objętość skokowa, Q - ciepło dostarczone do obiegu, GZP - górny zwrotny punkt, DZP - dolny zwrotny punkt. 2

3 Objętość całkowita cylindra wynosi: V c = V ks + V s Stosunek całkowitej objętości cylindra V c do objętości komory spalania V ks nazywa się stopniem sprężania ε: ε = V ks + Vs V ks (18.1) Dla silników wysokoprężnych stopień sprężania ε = Moc użyteczną oblicza się ze wzoru: gdzie: V s - objętość skokowa cylindra [dm 3 ], P e - średnie ciśnienie użyteczne [kg/cm 2 ], n - prędkość obrotowa silnika [obr/min], i - ilość cylindrów silnika, τ - współczynnik liczby suwów τ = 2. N c = V s P e n i 450 τ (18.2) Silnik zbudowany jest z następujących mechanizmów i układów: - blok z głowicami, - mechanizm korbowo-tłokowy, - mechanizm rozrządu, - układ zasilania paliwem, - układ zasilania powietrzem, - układ chłodzenia, - układ smarowania, - układ rozruchu. Blok stanowi szkielet silnika, w którym umieszczone są tuleje cylindrowe i mechanizm korbowo-tłokowy. W głowicach zamocowane są zawory i wtryskiwacze. Mechanizm korbowo-tłokowy stanowią: tłoki z pierścieniami uszczelniającymi i zgarniającymi, sworznie tłokowe, wał korbowy, korbowody, koło zamachowe (rys. 18.3) 3

4 Rys Mechanizm korbowo-tłokowy silnika spalinowego. Rys Schematy układów rozrządu zaworowego. Mechanizm rozrządu służy do sterowania wlotem świeżego powietrza i wylotem spalin przy pomocy zaworów sterowanych wałkiem krzywkowym poprzez układ dźwigienek i popychaczy (rys. 18.4) Zadaniem układu zasilania jest dostarczenie do cylindra powietrza i paliwa pod ciśnieniem umożliwiającym jego rozpylenie w komorze spalania. Schemat blokowy układu zasilania przedstawia (rys. 18.5) 4

5 Rys Schemat blokowy układu zasilania. Elementy precyzyjne układu wtryskowego którymi są: pary tłoczące i zaworki odcinające pompy wtryskowej oraz rozpylacze wtryskiwaczy mają istotny wpływ na pracę silnika. Prędkość obrotową silnika reguluje wielozakresowy, odśrodkowy regulator obrotów sprzężony z pompą wtryskową. Pracę sekcji tłoczącej przedstawia rys Rys Przebieg pracy sekcji tłoczącej pompy wtryskowej: a - początek skoku, b - początek tłoczenia, c - koniec tłoczenia, d - przelew paliwa, e - powrót tłoczka, f - wlot paliwa do cylinderka Układ chłodzenia zapewnia stan równowagi cieplnej silnika, przez odprowadzanie nadmiaru ciepła. Budowę układu chłodzenia przedstawia rys

6 Rys Układ chłodzenia z wymuszonym obiegiem cieczy Zadaniem układu smarowania jest doprowadzenie oleju pod ciśnieniem MPa do współpracujących elementów silnika w celu zmniejszenia tarcia, uszczelnienia przestrzeni nad tłokiem, odprowadzenia ciepła i zabezpieczenia przed korozją. Schemat blokowy układu smarowania przedstawia rys Rys Schemat blokowy układu smarowania silnika spalinowego Układ napędowy Zadaniem układu napędowego ciągnika jest przekształcenie i przeniesienie strumienia mocy z silnika na koła napędowe. Moment obrotowy przekazany na koła napędowe wynosi: gdzie: M s - moment obrotowy silnika, i sb - przełożenie skrzyni biegów, i g - przełożenie przekładni głównej, i z - przełożenie zwrotnic, M k = M s i sb i g i z η m (18.3) 6

7 η m - sprawność mechaniczna. Przełożenie całkowite układu napędowego wynosi: i c = i sb i g i z (18.4) Schemat kinematyczny układu napędowego ciągnika C-360 przedstawia rys Rys Schemat kinematyczny układu napędowego ciągnika C-360 Sprzęgło główne Jest podzespołem układu napędowego w którym nie następuje przekształcanie parametrów strumienia mocy. Zadaniem sprzęgła jest: - przekazywanie momentu obrotowego podczas normalnej pracy ciągnika, - przerwanie strumienia mocy w celu umożliwienia zmiany położenia w skrzyni biegów, - zabezpieczenie układu napędowego przed przeciążeniem, - umożliwienie łagodnego połączenia układu napędowego z pra-cującym silnikiem. W ciągnikach rolniczych stosowane są sprzęgła tarczowe, cierne, suche o podwójnym działaniu (dwustopniowe). Zastosowanie sprzęgła dwustopniowego umożliwia wyłączenie napędu kół jezdnych bez jednoczesnego zatrzymania wałka odbioru mocy (WOM). Skrzynia biegów Zadaniem skrzyni biegów w układzie napędowym ciągnika jest: - umożliwienie zmiany momentu obrotowego przekazywanego na koła jezdne; ma to na celu przystosowanie momentu obrotowego do oporów jazdy ciągnika, - uzyskanie prędkości jazdy wymaganych w pracy ciągnika i maszyn towarzyszących - umożliwienie jazdy ciągnika do tyłu, - umożliwienie postoju przy pracującym silniku. Skrzynia biegów składa się z zespołu wałków (wałka sprzęg-łowego, wałka pośredniego, wałka głównego i wałka reduktora) oraz kół zębatych osadzonych nieruchomo lub przesuwnie na tych wałkach. Wałki osadzone są na łożyskach tocznych w obudowie żeliwnej skrzyni. Do zmiany biegów służy układ wodzików połączonych widełkami z kołami przesuwnymi umieszczonymi na wałku głównym (rys. 18.9). 7

8 Most napędowy Mostem napędowym nazywa się ostatni zespół klasycznego układu napędowego ciągnika. Zadaniem mostu napędowego jest: - dalsze zwiększenie momentu obrotowego (przekładnia główna, zwolnice), - zmiana obrotów z podłużnych na poprzeczne (przekładnia główna), - zróżnicowanie prędkości kół przy ruchu ciągnika po łuku (mechanizm różnicowy), - przeciwdziałanie poślizgowi kół (mechanizm blokujący). Mosty napędowe ciągników dzieli się na: - tylne mosty napędowe (napęd na dwa koła), - przednie mosty napędowe (napęd na cztery koła). W ciągnikach rolniczych do układu napędowego można również zaliczyć: - wałek odbioru mocy (służy do przekazania momentu obrotowego na maszyny agregatowane z ciągnikiem), - napęd hydrauliczny podnośnika (współpracuje z układem za-wieszenia narzędzi). Podnośnik hydrauliczny może pracować wg regulacji: - pozycyjnej (zapewnia stałe położenie narzędzia), - siłowej (reaguje na zwiększone obciążenie narzędzi), - mieszanej (reguluje położenie narzędzia i reaguje na zwiększone obciążenie), - ciśnieniowej (zapewnia możliwość pracy ze stałym obciążeniem osi napędowej ciągnika). 3. Pomoce dydaktyczne a) ciągnik C-360, b) układ napędowy ciągnika C-360 (przekrój), c) silnik wysokoprężny (przekrój), d) elementy układu paliwowego silnika wysokoprężnego, e) plansze. 4. Przebieg ćwiczenia a) zapoznać się z budową, zasadą działania i obsługiwaniem silnika wysokoprężnego, b) zapoznać się z budową i działaniem układu napędowego, c) dokonać identyfikacji cech geometrycznych elementów układu napędowego decydujących o roli tych elementów, d) zapoznać się z budową, działaniem i obsługą podnośnika hydraulicznego. 5. Analiza wyników i wnioski Na podstawie pomiarów i spostrzeżeń należy: - wyznaczyć przełożenie skrzyni biegów i sb na poszczególnych biegach; przekładni głównej i g, przełożenie zwolnic i z oraz przełożenie całkowite i c, 8

9 - obliczyć moment przekazany na koła jezdne, - nakreślić schemat kinematyczny układu napędowego z zazna-czeniem przejścia strumienia mocy. 6. Literatura [18.1] Ciągnik Ursus C-325. PWRiL. Warszawa 1962 [18.2] Dajniak H.: Ciągniki teoria ruchu i konstruowanie. WkiŁ. Warszwa 1974 [18.3] Niewierowski K.: Spalinowe silniki tłokowe. WNT. Warszawa 1976 [18.4] Szydelski Z.: Napęd i sterowanie hydrauliczne w ciągnikach i samojezdnych maszynach roboczych. WNT. Warszawa