Pojazdy rolnicze. W rolnictwie znajdują zastosowanie następujące pojazdy:

Transkrypt

1 Pojazdy rolnicze W rolnictwie znajdują zastosowanie następujące pojazdy: 1. Ciągniki rolnicze współpracujące z narzędziami i maszynami rolniczymi przekazujące energię za pomocą zaczepów - polowego lub transportowego, układu zawieszenia narzędzi, wału odbioru mocy lub hydrauliki siłowej, 2. Samochody wykonujące głównie prace transportowe, 3. Maszyny samojezdne (kombajny) - specjalistyczne wieloczynnościowe maszyny rolnicze. Ciągnik rolniczy tworzą silnik wytwarzający energię mechaniczną, mechanizmy przeniesienia i zmiany napędu na mechanizmy jezdne lub napędowe (wał odbioru mocy), układy sterowania (kierowniczy i hamulcowy) i pomost sterowniczy (kabina operatora). Ciągniki rolnicze mogą mieć różne układy jezdne - kołowe lub gąsienicowe. Różnorodność przeznaczenia ciągników powoduje konieczność stosowania konstrukcji przystosowanych do rodzaju wykonywanej pracy. Ciągniki mogą występować w wersji jedno- lub dwuosiowej jako nośniki narzędzi. Klasyczny układ napędowy ciągnika rolniczego stanowi dwuosiowy

2 zespół z silnikiem umieszczonym z przodu, napęd realizowany jest przez tylną oś napędową lub może być przeniesiony na dwie osie. Podstawowy układ przeniesienia napędu ciągnika rolniczego z silnika stanowi sprzęgło, skrzynia biegów (z reduktorem, wzmacniaczem momentu), tylny most i koła napędowe, WOM i podnośnik hydrauliczny. Schemat przeniesienia napędu ciągnika rolniczego Konstrukcje ciągników rolniczych

3 Silniki spalinowe ciągników rolniczych Silnik to maszyna energetyczna, zamieniająca energię chemiczną paliwa na pracę mechaniczną. Zamiana ta następuje za pośrednictwem energii cieplnej powstającej w procesie spalania paliwa w cylindrze silnika (zamkniętej komorze). Spalanie powoduje gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia gazów spalinowych w komorze spalania. Ciśnienie to porusza ruchomy tłok w cylindrze i przez mechanizm korbowy zamienia ruch tłoka na moment obrotowy. W ciągnikach rolniczych wykorzystuje się tłokowe silniki spalinowe. Poruszający się tłok może przyjmować dwa skrajne położenia w cylindrze. Tłok osiąga górne martwe położenie (GMP) wówczas, gdy znajduje się najdalej od wału korbowego. Dolne martwe położenie (DMP) tłok osiąga wówczas, gdy znajduje się najbliżej wału korbowego. Odległość między GMP a DMP nazywa się skokiem tłoka, a jego ruch między dwoma martwymi położeniami określa się jako suw tłoka, który powoduje obrót wału korbowego o 180. Pojemność cylindra zawarta między głowicą a denkiem tłoka, gdy znajduje się on w górnym martwym położeniu, stanowi pojemność komory spalania V k. Pojemność skokowa cylindra V s stanowi objętość cylindra zawartą między GMP a DMP. Pojemność całkowitą cylindra V c stanowi przestrzeń zawarta nad tłokiem w chwili, gdy znajduje się on w dolnym martwym położeniu, czyli: V C =V K +V S [cm 3 ] Pojemność całkowitą silnika V stanowi suma pojemności całkowitych cylindrów V c.

4 Dla silnika czterocylindrowego pojemność silnika będzie wynosić: V = V C1 +V C2 +V C3 +V C4 [cm 3 ] Wielkość osiąganego ciśnienia i temperatury w cylindrze pod koniec suwu sprężania zależna jest od stopnia sprężania ɛ, który określa ile razy pojemność komory sprężania jest mniejsza od pojemności całkowitej cylindra: ɛ = V V C K Praca tłokowego silnika spalinowego polega na ciągłym powtarzaniu czynności zachodzących w cylindrze w określonych cyklach. Na jeden cykl pracy silnika składa się kilka czynności podzielonych i ściśle związanych suwami tłoka - ssanie, sprężanie, zapłon, praca, wydech. Liczba suwów tłoka na jeden cykl pracy silnika stanowi wyróżnik dzielący silniki na: 1. dwusuwowe - 1 cykl pracy = 2 suwy robocze tłoka = 1 obrót wału korbowego, 2. czterosuwowe - 1 cykl pracy = 4 suwy robocze tłoka = 2 obroty wału korbowego. Silniki te ze względu na sposób zapłonu mieszanki palnej dzieli się na : 1. z zapłonem iskrowym (ZI), 2. z zapłonem samoczynnym (ZS - Diesla).

5 Zapłon mieszanki w silnikach z zapłonem iskrowym następuje pod wpływem iskry elektrycznej na świecy zapłonowej. Silniki te można dalej podzielić ze względu na sposób tworzenia mieszanki paliwowo- powietrznej spalanej w cylindrze na: 1. silniki gaźnikowe - mieszanka paliwowo-powietrzna wytwarzana jest w gaźniku (lub mieszalniku w silnikach napędzanych gazem), 2. silniki wtryskowe - mieszanka wytwarzana jest w cylindrze lub kolektorze dolotowym pod wpływem wtrysku i rozpylenia paliwa pod ciśnieniem. Zapłon mieszanki w silnikach z zapłonem samoczynnym (wysokoprężnym) następuje w cylindrze na skutek panującej tam wysokiej temperatury powietrza powodującej zapłon. Cylinder napełniany jest czystym powietrzem, a paliwo dostarczane po jego sprężeniu. Tłokowe silniki spalinowe można podzielić ze względu na wiele kryteriów i cech konstrukcyjnych np: 1. układ cylindrów - rzędowe, widlaste, typu bokser, 2. liczbę cylindrów - jednocylindrowe, wielocylindrowe, 3. stopień sprężania - niskoprężne (ɛ < 12), wysokoprężne (ɛ > 12), 4. sposób doprowadzenia powietrza - wolnossące, doładowane (turbosprężarki), 5. prędkość obrotową wału korbowego - wolnoobrotowe, szybkoobrotowe, 6. układ rozrządu - dolnozaworowe i górnozaworowe, 7. układ chłodzenia - chłodzone płynem lub powietrzem. Silnik posiada kadłub z głowicą, które stanowią jego szkielet i zespół mechanizmów realizujących poszczególne zadania podczas jego pracy. Podstawowe układy silnika to: układ korbowy - zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoka w cylindrze na ruch obrotowy wału korbowego, układ rozrządu - steruje przepływem gazów w silniku, układ zasilania - dostarcza do cylindra powietrze i paliwo, układ zapłonowy - (w silnikach ZI) wytwarza iskrę i wywołuje zapłon mieszanki, układ chłodzenia - utrzymuje optymalną temperaturę silnika, układ smarowania - doprowadza olej do współpracujących części silnika, układ rozruchowy - uruchamia silnik spalinowy, układ wylotowy - odprowadza spaliny z cylindrów silnika.

6 Zasada działania silnika dwusuwowego ZI Silnik dwusuwowy z zapłonem iskrowym wykorzystywany jest do napędu motocykli i motorowerów. Ze względu na małe wymiary i niską masę stosowany jest w konstrukcjach pił spalinowych, podkaszarkach, nożycach żywopłotowych, opryskiwaczach plecakowych. Wykorzystuje się go również do napędu maszyn ogrodniczych o małym zapotrzebowaniu na moc - glebogryzarki, aeratory, spulchniacze, kosiarki. Do pełnego cyklu pracy silniki te wykorzystują skrzynię korbową jako komorę pośrednią umożliwiającą realizację pełnego cyklu pracy silnika przy jednym obrocie wału korbowego, a tym samym dwóch suwach tłoka w cylindrze. Zasadę działania tego silnika ilustruje rysunek. Schemat zasady działania silnika dwusuwowego Tłok poruszając się z DMP do GMP powoduje zwiększanie objętości komory pod tłokiem (w skrzyni korbowej), w której powstaje podciśnienie. Dolna krawędź tłoka odsłania okno kanału dolotowego w cylindrze i panujące tam podciśnienie powoduje zassanie mieszanki paliwowo-powietrznej do komory skrzyni korbowej. Tłok osiągając GMP zmienia kierunek poruszania się i wędruje do DMP zamykając kanał dolotowy i powoduje wstępne sprężenie mieszanki paliwowo-powietrznej w skrzyni korbowej. Przy końcu tego suwu tłok odsłania okno kanału przelotowego, który łączy komorę skrzyni korbowej z cylindrem. Wstępnie sprężona mieszanka rozpręża się i wypełnia cylinder porcją mieszanki paliwowopowietrznej. Po zmianie kierunku ruchu tłoka i przesuwaniu się do GMP zamknięte zostają wszystkie kanały w cylindrze i następuje suw sprężania mieszanki. Pod tłokiem (w skrzyni korbowej) powstaje podciśnienie - tłok odsłania kanał dolotowy i następuje ponowny proces napełniania skrzyni mieszanką (rozpoczyna się drugi" cykl pracy silnika). Tłok, osiągając

7 GMP, spręża maksymalnie mieszankę i przeskok iskry elektrycznej na świecy zapłonowej powoduje zapłon mieszanki. Powstające gazy naciskają na denko tłoka, powodując jego odrzucenie do DMP - następuje suw pracy (wykorzystania energii). Przy końcu tego suwu tłok odsłania okno kanału wylotowego, którym rozprężające się gazy opuszczają cylinder. Następnie odsłaniane jest okno kanału przelotowego, świeża porcja mieszanki przedostaje się do cylindra i wypycha pozostałe resztki spalin do kanału wylotowego - następuje tzw. przepłukanie cylindra. Tłok, osiągając DMP, porusza się ku GMP i następuje drugi powtarzający się cykl pracy silnika. Zasada działania silnika czterosuwowego ZI Silnik czterosuwowy z zapłonem iskrowym realizuje cały cykl pracy przy dwóch obrotach wału korbowego, wykonując przy tym cztery suwy - dolotu, sprężania, pracy i wylotu (tabela). Zasada działania silnika czterosuwowego z zapłonem iskrowym

8 Z całego cyklu pracy silnika źródłem energii jest suw pracy, pozostałe suwy odbywają się dzięki energii zgromadzonej z tego suwu. Silniki czterosuwowe mają wyraźnie wydzielone poszczególne suwy, co zapewnia lepsze wykorzystanie energii gazów i podnosi sprawność silnika w stosunku do silników dwusuwowych. Zasada działania silnika czterosuwowego ZS Silnik czterosuwowy z zapłonem samoczynnym realizuje cały cykl pracy podobnie jak silnik z zapłonem iskrowym, a sposób jego pracy pokazuje tabela. Zasada działania silnika czterosuwowego z zapłonem samoczynnym Suw tłoka Opis działania Rysunek Suw dolotu (ssania) tłok porusza się z GMP do DMP, w cylindrze rośnie objętość, a spada ciśnienie, przez otwarty zawór dolotowy do cylindra dostaje się świeża porcja powietrza,

9 Suw sprężania tłok porusza się z DMP do GMP, w zamkniętym cylindrze maleje objętość komory nad tłokiem i powietrze jest sprężane (3-5 MPa, C), przed końcem tego suwu następuje wtrysk paliwa pod ciśnieniem (8-30 MPa) i zapłon mieszanki w cylindrze ( C), Suw pracy w zamkniętym cylindrze na skutek spalania mieszanki, rośnie ciśnienie gazów (5-12 MPa), zawory są zamknięte, spaliny naciskają na tłok (wykonując pracę) przemieszczają go z GMP do DMP, Suw wylotu (wydechu) tłok porusza się z DMP do GMP, w cylindrze maleje objętość, a otwartym zaworem wylotowym spaliny są wypychane przez tłok na zewnątrz cylindra.

10 Zasada działania silnika z doładowaniem Praca silnika z doładowaniem polega na dostarczeniu do cylindra powietrza pod ciśnieniem przy pomocy turbosprężarki (rysunek). Schemat silnika z turbodoładowaniem Zastosowanie turbosprężarki pozwala zwiększyć moc silnika nawet do 50% w stosunku do mocy silnika niedoładowanego. Turbina umieszczona w kolektorze wylotowym silnika poruszana jest przez spaliny opuszczające cylinder. Z turbiną zespolona jest sprężarka, która znajduje się w kolektorze dolotowym. Obracający się wirnik turbiny powoduje obrót sprężarki. Sprężarka spręża i wtłacza powietrze do kanałów dolotowych silnika. Po otwarciu zaworów dolotowych następuje napełnienie cylindra powietrzem pod ciśnieniem 0,1-0,2 MPa. Większa ilość powietrza wtłoczona do cylindra umożliwi dostarczenie odpowiednio większych dawek paliwa. Doładowanie silników pod dużymi ciśnieniami, wymaga wzmocnienia konstrukcji silników.

11 Działanie silnika z tłokiem wirującym Silnik tłokowy z posuwisto-zwrotnym ruchem tłoka narażony jest na działanie sił bezwładności i zmiennych przyspieszeń. Zjawiska te powodują obciążenie mechanizmu korbowego i wywołują niekorzystne drgania silnika. Zostały one wyeliminowane w silniku Wankla z wirującym tłokiem. Schemat działania silnika Wankla Ponieważ tłok silnika w kształcie trójkąta wykonuje ruch obrotowy, cykl pracy podzielono na takty, które są takie same jak klasycznego tłokowego silnika czterosuwowego - dolot, sprężanie, praca, wylot. Tłok osadzony jest na mimośrodzie wału silnika i obraca się wokół swej osi w tę samą stronę co wał silnika, a prędkość obrotowa tłoka jest trzykrotnie mniejsza od prędkości wału. Poruszający się tłok jest szczelnie zamknięty w cylindrze o zarysie trochoidalnym (kształt wyznaczony przez wierzchołki tłoka - trójkąta). Tłok z cylindrem styka się wierzchołkami tworząc trzy niezależne komory robocze silnika. Obracający się tłok powoduje zmianę położenia, kształtu i objętości tych komór. Każda komora przyjmuje dwa razy najmniejszą i największą objętość w czasie jednego obrotu tłoka. W czasie tego obrotu

12 tłoka takt pracy występuje trzy razy (1 raz w każdej komorze), czyli takt pracy przypada na każdy obrót wału silnika. Takie rozłożenie taktów powoduje równomierną pracę silnika. Silniki Wankla nie znalazły jak dotychczas powszechnego zastosowania ze względu na trudności z uszczelnieniem wirującego tłoka wewnątrz cylindra.