книги из ГПНТБ / Взоров, Б. А. Форсирование тракторных двигателей

Г лава !

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

1. ФОРСИРОВАНИЕ

Форсированием двигателей называется повышение литровой мощности, осуществляемое при модернизации выпускаемых мо­ делей или при создании новых двигателей. В СССР и других странах каждая модель тракторного двигателя находится на производстве I5—20 лет. При отсутствии модернизации двига­ тели значительно устаревают по своим параметрам и не могут обеспечить основное требование, предъявляемое к тракторам различного назначения и всех классов тяги — повышение про­ изводительности. Исходя из этого периодическое форсирование выпускаемых двигателей является столь же необходимым, как и создание новых моделей. Форсирование двигателей, находя­ щихся на производстве, имеет ряд положительных сторон: со­ хранение преемственности, позволяющей использовать накоплен­ ный опыт производства; высокий процент унификации с базовой моделью, что облегчает снабжение запасными частями двига­ телей, находящихся в эксплуатации; использование большой части имеющегося оборудования; наличие опыта эксплуатации у трактористов; поддержание параметров двигателя на соот­ ветствующем уровне за весь период его производства, т. е. использование всех резервов, заложенных в конструкцию.

Параллельно с форсированием выпускаемых двигателей в

СССР и за рубежом создают модели с высокими литровой и агрегатной мощностями, предназначенные для тракторов боль­ шой производительности. Однако время от начала проектиро­ вания новой модели до постановки ее иа производство состав­ ляет 5—6 лет, что значительно превышает время, необходимое для форсирования.

2. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Тип тракторного двигателя. Тенденция развития двигателей на некоторый длительный период определяется теми главными отличительными особенностями двигателей разных моделей, ко­ торые, являясь одинаковыми для некоторых из них, распро­ страняются па все большее их число. Отличительными особен-

/I

мостями являются тип двигателя, его конструктивная схема, число цилиндров, отношения основных размеров, удельные по­ казатели, применяемые при изготовлении материалы, конструк­ ция деталей, способы форсирования и др.

Форсирование двигателей путем модернизации должно сле­

стает только количество тракторов с дизелями.

Такое предпочтение, отдаваемое дизелям, в СССР и за рубежом объясняется рядом их преимуществ перед карбюра­ торными двигателями. Главными из них являются: меньший, примерно на 25%, удельный расход топлива; возможность ра­ боты на разных топливах; пожарная безопасность; более про­ стое обслуживание. Существенным недостатком дизелей является

требующего пока еще значительно больших коэффициентов из­ бытка воздуха (а), что ухудшает использование рабочего объема. Однако значительное повышение частоты вращения, улучшение рабочего процесса в неразделенных камерах с объем­ но-пленочным смесеобразованием, применение наддува позво­ лили существенно снизить удельную массу дизелей. В то же время замедлилось снижение этой величины у карбюраторных двигателей вследствие повышения степени сжатия, среднего

О

эффективного и максимального давлений, что способствовало сближению удельных масс дизелей и карбюраторных двига­ телей.

Только для тракторов наименьшего класса тяги, примерно •0,2 тс (садово-огородные), широко применяются карбюраторные двигатели, целесообразность использования которых в этом случае определяется малой массой и меньшей стоимостью. Большой удельный расход топлива в таких небольших двига­ телях i:e имеет существенного значения, так как часовой рас­ ход мал. На промышленных тракторах наибольшего класса тяги 25—35 тс в настоящее время также применяют дизели. При ожидаемом увеличении мощности силовых установок на таких тракторах свыше 800 л. с., вероятно, окажется целесо­ образным применение газотурбинных установок.

Преимущественное распространение на тракторных дизелях получил четырехтактный цикл. Во всех европейских странах производство двухтактных тракторных дизелей прекращено. Ис­ ключение составляют только двигатели для пешеходных трак­ торов. В США производством двухтактных тракторных дизелей занимаются только две фирмы: Детройт Дизель и Серлист. Число этих дизелей не превышает 17% от всех выпускаемых моделей.

Число цилиндров и семейства двигателей. Наметилась тен­ денция, заключающаяся в снятии с производства значительного числа двухцилиндровых, сохранении трехцилиндровых и уве­ личении шестицилиндровых (рядных) двигателей за счет неко­ торого сокращения четырехцилиндровых. Пока еще малый процент составляют восьми- и двенадцатицилнндровые двига­ тели, но следует ожидать их увеличения в связи с ростом тре­ бующихся мощностей, особенно для' промышленных тракторов.

Распределение тракторных двигателей по числу цилиндров и их расположению, выпущенных в СССР и в США в 1970 г., показано в табл. 1.

За малыми исключениями большинство двигателей с раз­ ными числами цилиндров одной размерности образуют унифи-

Таблица 1

Распределение моделей по числу цилиндров (в процентах)

6

Продолжение табл. I

цированные семейства. В СССР выпускаются семейства из двух моделей Владимирским тракторным заводом (ВТЗ)1 — двух- и четырехцилиндровых и Алтайским моторным заводом (АМЗ) — четырех- и шестицилиндровых двигателей. Создаются семейства шести- и восьмицилиндровых двигателей Харьковским заводом тракторных двигателей (ХЗТД) и восьми- и двенадцатицилинд­ ровых Челябинским тракторным заводом (ЧТЗ), последнее из которых должно быть в двух модификациях: с водяным и воз­ душным охлаждением. В США выпускают унифицированные семейства тракторных двигателей с числами цилиндров трииетыре, три-четыре-шесть («Джон Дир», «Форд», «Массейн-Фер- гюсон»12, три-шесть («Форд»), четыре-шесть («Катерпиллер», «Аллис-Чалмерс», «Джон Дир», «Миннеаполис-Моулин», «МРС»3, шесть-двенадцать, восемь-двенадцать («Камминс» и «Мичиган»). В большинстве случаев семейство состоит из двух моделей. Увеличение числа моделей в семействе всегда приводит

кполучению какой-либо модели с ухудшенной характеристикой.

Вдальнейшем можно ожидать развития семейств с четырех­ шести, шести-восьми и отчасти восьми-двенадцатицилиндровыми моделями.

Кроме упомянутых полностью унифицированных семейств некоторые фирмы выпускают двигатели с разным числом ци­ линдров одинакового диаметра, отличающиеся ходом поршня,

например, трех-четырех и шестицилиндровые двигатели с диа­ метром цилиндров 95,3 мм и ходами поршней соответственно

110,0, 101,3 и 92,1 мм («Оливер»),

Конструктивные схемы. В качестве конструктивных схем тракторных двигателей применяются только две: с вертикаль-

1 Создана и может выпускаться в зависимости от потребности трехци-

.аиндровая модель этого же семейства и предполагается выпуск шестицилнидроьой модели.

2На тракторах «Массей-Ферпосом» устанавливают унифицированные дви­ гатели фирмы Перкинс.

3На тракторах «МРС» устанавливают унифицированные двигатели «Дженерал-Моторс».

7

ным рядным расположением цилиндров и с V-образным, при котором вертикальная плоскость симметрии блоков проходит через ось коленчатого вала. Угол между блоками может быть 40, 60 или 90°. Принципиально не существует ограничений для применения какой-либо из этих схем. На тракторах разных классов тяги п назначения устанавливают двигатели обеих схем. В СССР на универсально-пропашных тракторах тягового класса 0,6—1,2 тс в настоящее время используют только рядные двигатели. На пахотных тракторах класса 3,0 тс применяют рядные или V-образпые двигатели. Промышленные тракторы класса 6 (10) тс имеют рядные двигатели, а на тракторах классов 15, 25 и 35 тс устанавливают V-образные двигатели.

Четырехцилиндровые рядные двигатели, несмотря на не­ уравновешенные силы инерции 2-го порядка, могут выполняться без уравновешивающего механизма при диаметрах цилиндров до ПО мм и частотах вращения до 2200 об/мии. Шестицилиндро­ вые рядные двигатели полностью уравновешены и имеют равно­ мерное чередование рабочих ходов. Их недостатком является относительно большая длина двигателя, что неблагоприятно сказывается на жесткости картера и коленчатого вала, а в не­ которых случаях требует применения демпфера для гашения крутильных колебаний. Однако благодаря упомянутым преиму­ ществам рядное расположение цилиндров получило широкое распространение.

Пятицилнндровые рядные двигатели получили некоторое рас­ пространение за рубежом (например, во Франции —двигатель «Берлие»). Целесообразность создания таких двигателей может быть объяснена возможностью обеспечения требуемой мощ­ ности наименьшим необходимым числом цилиндров, т. е. в тех случаях, когда четырех цилиндров недостаточно, а шесть ци­ линдров создают излишний запас мощности, усложняют кон­ струкцию и увеличивают массу и пр. Однако наряду с неко­ торыми преимуществами при применении пятицилиндровых двигателей имеются и недостатки, свойственные такой схеме, заключающиеся в наличии неуравновешенных моментов сил инерции 1 и 2-го порядков и в сложности изготовления колен­ чатого вала с углом между кривошипами, равным 72°.

В зависимости от величины угла между блоками, располо­ жения кривошипов и числа цилиндров V-образные схемы имеют различную уравновешенность сил инерции и их моментов.

Приведем общие характеристики V-образиых схем.

Четырехцилиндровые схемы. Анализ показывает, что при различных углах между блоками, формах коленчатого вала и расположения кривошипов и шатунов четырехцплипдровые V-образные двигатели имеют сложный вал, обеспечивая равно­ мерное чередование рабочих ходов, или же имеют неравномер­ ное чередование рабочих ходов при простом «плоском» вале. Однако во всех случаях требуется механизм, уравновешиваю-

8