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. 18.1 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
Rys. 18.1. 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.
18.2.
Rys.18.2. Obieg rzeczywisty czterosuwowego silnika spalinowego:
Po - ciśnienie otoczenia, Vks - objętość komory spalania, Vc – objętość całkowita cylindra, Vs - objętość skokowa, Q - ciepło dostarczone do obiegu, GZP - górny zwrotny punkt, DZP - dolny zwrotny punkt.
2
Objętość całkowita cylindra wynosi:
Vc = Vks + Vs
Stosunek całkowitej objętości cylindra Vc do objętości komory spalania Vks nazywa się stopniem sprężania ε:
V + V
ε = ks
s (18.1)
Vks
Dla silników wysokoprężnych stopień sprężania ε = 16 ÷ 22. Moc użyteczną oblicza się ze wzoru:
V ⋅ P ⋅ n ⋅ i
N
s
e
c =
(18.2)
450 ⋅ τ
gdzie:
Vs - objętość skokowa cylindra [dm3],
Pe - średnie ciśnienie użyteczne [kG/cm2],
n - prędkość obrotowa silnika [obr/min],
i - ilość cylindrów silnika,
τ - współczynnik liczby suwów τ = 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
Rys. 18.3. Mechanizm korbowo-tłokowy silnika spalinowego.
Rys. 18.4. 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
Rys. 18.5. 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. 18.6
Rys. 18.6. 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. 18.7
5
Rys. 18.7. Układ chłodzenia z wymuszonym obiegiem cieczy
Zadaniem układu smarowania jest doprowadzenie oleju pod ciśnieniem 0.15÷0.4 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. 18.8
Rys. 18.8. 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:
Mk = Ms • isb • ig • iz • ηm
(18.3)
gdzie:
Ms - moment obrotowy silnika,
isb - przełożenie skrzyni biegów,
ig - przełożenie przekładni głównej,
iz - przełożenie zwrotnic,
6
ηm - sprawność mechaniczna.
Przełożenie całkowite układu napędowego wynosi:
ic = isb • ig • iz
(18.4)
Schemat kinematyczny układu napędowego ciągnika C-360 przedstawia rys. 18.9.
Rys. 18.9. 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
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 isb na poszczególnych biegach; przekładni głównej ig, przełożenie zwolnic iz oraz przełożenie całkowite ic,
8
- 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 1970
9