Тяговый расчет трактора и динамический расчет автомобиля

 

 

I часть. Т Р А К Т О Р Ы

 

1. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА

 

Эффективность использования трактора оценивается его производительностью в агрегате с сельскохозяйственной машиной и топливной экономичностью. Для этого в тяговом расчете определяют основные параметры трактора: эксплуатационную массу – mэ, номинальную мощность - Nн, тяговый диапазон – δт, скорости  на различных передачах – Vi, передаточные числа    трансмиссии - iтр, часовой Gт - и удельный крюковой – gкр расход топлива.

 

1.1. Эксплуатационная масса.

Масса трактора оказывает существенное влияние на тяговую динамику, характеризует его специальные качества, нагрузку на почву, потери от буксования и передвижения. Различают конструктивную массу – mк и эксплуатационную - mэ. последняя  отличается от первой учетом   массы заправочных   материалов и тракториста - mэ = (1,07 … 1,1) mк .

Эксплуатационная масса выбирается таким образом, чтобы при работе с номинальной силой тяги на крюке в определённых почвенных условиях буксование ведущих органов не превышало допустимого значения – δдоп, т.е. из условия:

                              

,                                   (1)

откуда              ,    кг      

где  Pн – номинальная сила тяги трактора данного класса, Н;

      φдоп - коэффициент использования сцепного веса при допустимом буксовании, принимают 0,55 … 0,65

 λк – коэффициент нагрузки ведущих колёс, для 4к2 – 0,8; для 4к4 и гусеничных – 1;

f – коэффициент сопротивления  качению (из задания);

mэ = 38000/[(0,60·1-0,13)·9,81] = 8260 кг

 

1.2 Расчет номинальной мощности.

Расчет номинальной мощности двигателя производится с учетом номинального тягового усилия трактора, силы сопротивления качению, скорости движения, потерь на трение в трансмиссии и необходимого запаса мощности:

                     ,          кВт                                                    (2)     

где  Pf – сила сопротивления качению, Н

        Pf = f . mэ . q = 0,13 × 8260 × 9,81 = 10533 Н ;

       Vн1 – скорость движения на нишей (первой) передаче, км/ч;

       χэ – коэффициент эксплуатационной нагрузки ДВС – 0,85;

       ηтр – к.п.д. трансмиссии, составляет 0,85 … 0,93;

                                      ηтр = ηцп1 . ηкп2 . ηх:

где ηц – к.п.д. цилиндрической пары, принимается 0,985;

      ηк – к.п.д. конической пары, принимается 0,975;

п1 и п2 – число цилиндрических и конических пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче;

      ηх – к.п.д. работы ДВС на холостом ходу, составляет 0,96.

 

        ηтр = ηцп1 . ηкп2 . ηх = 0,9853 × 0,9752 × 0,96 = 0,870;

 

        Nн = [(38000+10533)·7,4]/(3600·0,870·0,85) = 134,9 кВт.  

 

 

1.3. Тяговый диапазон.

Диапазон тяги трактора на основных передачах должен охватить всю сумму нагрузок в соответствии с агротехническими требованиями к трактору данного класса:

                    ,                                                                                  (3)

где ε – коэффициент расширения тяговой зоны, принимается 1,3;

      Рн/ - Номинальная сила тяги трактора предыдущего класса, Рн/ = 20 кН.

δт = 1,3·38/20 = 2,47.

 

Минимальная сила тяги, развиваемая трактором на высшей передаче:

 

                                  , Н                                                              (4)

Pкр min = 38/2,47 = 15,3 кН = 15300 Н .

 

1.4. Расчет основных рабочих скоростей  трактора.

Диапазон основных рабочих скоростей характеризуется

                        или                                                       (5)

где   Vz – высшая основная скорость;

         z – число основных передач;

         γдоп  - коэффициент допустимой минимальной загрузки двигателя, принимается 0,85.

 

         δv = 2,47·0,85 = 2,0995 = 2,1.

 

Обычно ряд основных передач трактора строится по принципу геометрической прогрессии, знаменатель которой равен:

 

                                  , или                                                          (6)

 

         g =4√ 2,1 = 1,2

 

Определив знаменатель, находят остальные скорости:

                   V2 = V1 . g ;     V3 = V2 . g   и т.д.

         V2 = 7,4·1,2 = 8,8 км/ч;

         V3 = 8,8·1,2 = 10,56 км/ч;

         V4 = 10,56·1,2 = 12,672 км/ч;

         V5 = 12,672·1,2 = 15,2 км/ч;

Особо низкие технологические 0,8 … 1,2 км/ч и транспортные 16 … 32 км/ч скорости назначаются в соответствии с агротехнологическими и эксплуатационными условиями.

 

1.5. Расчет передаточных чисел  трансмиссии и КПП.

Передаточное число трансмиссии трактора на первой передаче определяется по формуле:

                     ,                                                                     (7)

 

где  nн – номинальная частота вращения коленчатого вала, мин-1;

       rк – радиус качения ведущего колеса, м.

 

                           rк = 25,4·10-3[0,5d + (0,8…0,85)b], м                                            (8)

где d – наружный диаметр обода колеса, в дюймах;

      b – ширина профиля шины в дюймах.

                              rк = 25,4·10-3[0,5·24,01 + 0,82·20,8] = 0,72 м;

                              iтр1 = 0,377·2100·0,72/7,4 = 77,03

Остальные передаточные числа трансмиссии определяются:

                 iтр2 = iтр1/g ;            iтр3 = iтр2/g          и т.д.                                      (11)

 

         iтр2 = 77,03 /1,2 = 64,19;

         iтр3 = 64,19 /1,2 = 53,49;

         iтр4 = 53,49 / 1,2 = 44,57;

         iтр5 = 44,57 / 1,2 = 37,14.

 

Зная расчетные общие передаточные числа трансмиссии на каждой передаче - iтр и передаточные числа шестерен с постоянным зацеплением трактора прототипа – iо , определяют передаточные числа коробки перемены передач :

                            iтр1                         iтр2

                  iк1 = ______ ;           iк2 = ______    .         и т.д.                                  (12)

                             iо                           iо

где iо – передаточное число шестерен с постоянным зацеплением трактора-прототипа:

                  iо = iгп × iкп                                                                                    (13)

где iгп – передаточное число главной передачи (4,45);

       iкп – передаточное число конечной передачи (4,6).

         iо = 4,45 × 4,6 = 20,47;

         iк1 = 77,03 /20,47 = 3,76;

         iк2 = 64,19 / 20,47 =3,13;

         iк3 = 53,49 / 20,47 = 2,61;

         iк4 = 44,57 / 20,47 = 2,17;

         iк5 = 37,14 / 20,47 = 1,81.

 

 

 

1.6. Энергонасыщенность и удельная  масса трактора.

Энергонасыщенность и удельная масса трактора характеризуют уровень технического совершенства конструкции.

Энергонасыщенность характеризуется отношением номинальной мощности двигателя к эксплуатационной массе трактора:

                              Nн                          mк

                  Nуд = ______ ;          mуд = ______    .         и т.д.                                (14)

                              mэ                          Nн

 

         Nуд = 134900 / 8260 = 16 Вт/кг;

         mуд = 7509 / 134900 = 0,055 кг/Вт.

По мере совершенствования конструкций тракторов энергонасыщенность увеличивается, а удельная масса снижается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНОЙ  ХАРАКТЕРИСТИКИ     ДИЗЕЛЯ

 

Тракторные и автомобильные двигатели работают в условиях переменных нагрузок. Постоянство скоростного режима при меняющихся сопротивлениях создаётся регулятором.

С помощью регуляторной характеристики оценивается экономичность и эффективность работы двигателя и регулятора.

Регуляторная характеристика показывает изменение эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента, удельного и часового расходов топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

 

2.1. Регуляторная характеристика  на различных скоростных режимах.

Рассмотрим графоаналитический метод построения регуляторной характеристики тракторного ДВС, согласно которому зависимости ее безрегуляторной части выражаются эмпирическими формулами, а основные зависимости регуляторной части строятся графическим путем по двум известным значениям.

1. Текущие значения мощности  двигателя на безрегуляторной  ветви определяем, задаваясь различными значениями частоты вращения коленчатого вала в процентах – 100, 80, 60, 40 от номинального значения по следующей эмпирической зависимости:

                    ,   кВт                          (16)

где ne, nн – текущее и номинальное значение частоты вращения коленчатого вала двигателя;

        с1 = 0,5; с2 = 1,5 – для дизелей с непосредственным впрыском;

        с1 = 0,7; с2 = 1,3 – для дизелей с вихревой камерой.

При  n100 = 2100 мин-1;   n80 = 1680 мин-1;   n60 = 1260 мин-1;  n40 = 840 мин-1;

n20 = 420 мин-1

Ne20 = 134,9·[0,5·(420/2100)+1,5·(420/2100)2 - (420/2100)3] = 20,50 кВт;

Ne40 = 134,9·[0,5·(840/2100)+1,5·(840/2100)2 - (840/2100)3] = 50,72 кВт;

Ne60 = 134,9·[0,5·(1260/2100)+1,5·(1260/2100)2 - (1260/2100)3] = 84,17 кВт;

Ne80 = 134,9·[0,5·(1680/2100)+1,5·(1680/2100)2 - (1680/2100)3] = 114,39 кВт;

Ne100 = 134,9·[0,5·(2100/2100)+1,5·(2100/2100)2 - (2100/2100)3] =134,9 кВт.

 

На регуляторной ветви характеристики Ne изменяются по закону прямой линии от Ne = 0 до Ne max.

2. Для  Ne = 0  определяем частоту вращения коленвала двигателя на холостом ходу:

                ,   мин-1                                                                (17)

где δр – коэффициент неравномерности регулятора – 0,07 … 0,08.

        nk = (1+0,075)·2100 = 2257 мин-1.

3. Определяем крутящий момент:

                 Mkp = 103· Ne/ω ,  Нм                                                                 (18)

где ω – частота вращения, соответствующая мощности Nei.

                , с-1 ;

   ω100 = 219,8 с-1;  ω80 = 175,84 с-1;  ω60 = 131,88 с-1;  ω40 = 87,92 с-1;  ω20 = 43,96 с-1.

                Mkp20 = 103·20,50/43,96 = 466,3 Нм;

                Mkp40 = 103·50,72/87,92 = 576,8 Нм;

                Mkp60 = 103·84,17/131,88 = 638,2 Нм;

                Mkp80 = 103·114,39/175,84 = 650,5 Нм;

                Mkp100 = 103·134,9/219,8 = 613,7 Нм.

 

4. Определяем максимальный часовой расход топлива по удельному расходу gен = 308,88 кг/кВт.ч при номинальной мощности:

                 ,  кг/ч                                                                  (19)

        Gт max = 220·134,9/103 = 29,6 кг/ч.

Для холостого хода G т х = (0.25…0.30) . G т max. Промежуточные точки регуляторной ветви принимают по закону прямой линии.

         G т х = 0,27 . 29,6 = 7,9 кг/ч.

5. По часовому расходу топлива  и соответствующей мощности на  безрегуляторном участке определяем удельный расход топлива:

                  , г/(кВт.ч)                                                          (20)

        ge20 = 103·29,6/20,50 = 1443,9г/(кВт.ч);

        ge40 = 103·29,6/50,70 = 583,8 г/(кВт.ч);

        ge60 = 103·29,6/84,17 = 351,6 г/(кВт.ч);

        ge80 = 103·29,6/114,39 = 258,7 г/(кВт.ч).

        ge100 = 103·29,6/134,9 = 219,4 г/(кВт.ч).

 

Удельный расход топлива на регуляторной ветви при Мкр max принимаем (1,15…1,20) . g е i  при Nн. Промежуточные точки принимаем по двигателю прототипу.

6. По удельному расходу топлива  на безрегуляторной ветви определяем  соответствующий часовой расход топлива:

                 ,  кг/ч                                                                     (21)

        Gт20 = 220·20,50/103 = 4,51 кг/ч;

        Gт40 = 220·50,70/103 = 11,154 кг/ч;

        Gт60 = 220·84,17/103 = 18,5 кг/ч;

        Gт80 = 220·114,39/103 = 25,1 кг/ч.

         Gт100 = 220·134,9/103 = 29,6 кг/ч.

 

Результаты расчетов показателей работы двигателя заносим в сводную таблицу 1 для построения регуляторной характеристики.

Таблица 1

%	n ,  мин-1	Nе ,  кВт	Мкр ,  Нм	Gт ,  кг/ч	gе ,  г/(кВт . ч)
20	420	20,50	466,3	4,51	1443,9
40	840	50,70	576,8	11,154	583,8
60	1260	84,17	638,2	18,5	351,6
80	1680	114,39	650,5	25,1	258,7
100	2100	134,9	613,7	29,6	219,4
х/х	2257	0	0	7,9