Тяговый расчет трактора и динамический расчет автомобиля

 

По расчетным данным строим регуляторную характеристику в функции от частоты вращения коленчатого вала.

 

2.2 Регуляторная характеристика  на различных нагрузочных режимах.

Более полное представление о показателях работы двигателя в регуляторной зоне дает регуляторная характеристика, построенная по тем же данным, в функции от эффективной мощности. По ней производится оценка работы комплекса сельскохозяйственных машин с данным типом трактора.

Для повышения эффективности работы необходимо стремиться к более полной загрузке ДВС в регуляторной зоне.

N80N = 0,8·Neн = 0,8·134,9 = 107,92 кВт;

n80N = 1600 мин-1;

ω80N = π·n/30 = 3,14·1600/30 = 167,47 мин-1;

Мкр80N = 103·N80N/ω80N = 103·107,92/167,47 = 644,4 Hм;

Gт80N = gен·N80N/103 = 220·107,92/103 = 23,7 кг/ч;

gе80N = Gт max·103/ N80N = 29,6·103/107,92 = 274,2 г/(кВт . ч).

N50N = 0,5·Neн = 0,5·134,9 = 67,45 кВт;

gе50N = Gт max·103/ N50N = 29,6·103/67,45 = 438,8 г/(кВт . ч).

По полученным значениям строится регуляторная характеристика в функции от эффективной мощности (80% от Nен).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Теоретической тяговой характеристикой (ТТХ) трактора называют зависимость его основных тягово-скоростных топливно-экономических показателей от тяговой нагрузки, определённую расчетным путем и представленную в графической форме.

Нижняя часть ТХХ имеет вспомогательное значение, служит для нанесения основных исходных параметров тракторного ДВС и представляет собой регуляторную характеристику двигателя, построенную в функции от крутящего момента. В верхней части строится зависимость изменения основных эксплуатационных показателей трактора: буксования, скоростей движения, тяговой мощности, часового и удельного расходов топлива, тягового к.п.д. от нагрузки на крюке для заданных почвенных условий при установившемся горизонтальном движении.

Построение ТХХ производится графоаналитическим методом.

 

Построение регуляторной характеристики двигателя в функции от крутящего момента

   1. От начала координат  О/ по оси абсцисс в принятом масштабе откладывается номинальная и максимальная касательные силы тяги для каждой передачи

                Pкн = Мкн · iтр i · ηтр i /rk = A Мкн ,                                                   (22)

                Pк max = Мк max · iтр i · ηтр i /rk = A Мк max,                                         (23)

где значения Мк берутся по таблице 1.

Pк н1 = 613,7·77,03·0,87 /0,72 = 57121,9 Н;

Pк max1 = 650,5·77,03·0,87 /0,72 = 60547,1 Н;

Pкн2 = 613,7·64,19·0,87 /0,72 = 47600,3 Н;

Pк max2 = 650,5·64,19·0,87 /0,72 = 50454,6 Н;

 

Pкн3 = 613,7·53,49·0,87 /0,72 = 39665,7 Н;

Pк max3 = 650,5·53,49·0,87 /0,72 = 42044,2 Н;

Pкн4 = 613,7·44,57·0,87 /0,72 = 33051,06 Н;

Pк max4 = 650,5·44,57·0,87 /0,72 = 35032,9 Н;

Pкн5 = 613,7·37,14·0,87 /0,72 = 27541,3 Н;

Pк max5 = 650,5·37,14·0,87 /0,72 = 29192,8 Н.

2. Ниже по оси абсцисс проводятся  ей параллельно масштабные шкалы  крутящих моментов Мк по числу основных передач.

Учитывая, что касательная сила тяги трактора прямо пропорциональны крутящему моменту его двигателя, сносим по вертикали на масштабные шкалы Мк значения номинальных и максимальных касательных сил соответственно по передачам.

3. Вниз по оси ординат наносятся  масштабные шкалы эффективной мощности Nе , часового расхода топлива Gт и частоты вращения коленчатого вала двигателя nд таким образом, чтобы графики в регуляторной зоне не пересекались.

4. Из начала координат О/ проводится пучок прямых Nе по числу передач таким образом, чтобы их вершины лежали на пересечении горизонтали, ордината которой в принятом масштабе равна номинальной мощности Nн , и вертикалей, абсциссы которых соответствуют номинальным крутящим моментам двигателя этих передач.

5. Из ординаты, соответствующей  значению Gтх в принятом масштабе, проводится пучок прямых Gт по числу передач таким же образом, чтобы их вершины лежали на пересечении горизонтали, ордината которой соответствует Мкн этих передач.

6. Из ординаты, соответствующей  в масштабе частоте вращения  коленвала на холостом ходу аналогично проводится пучок прямых по числу передач до пересечения горизонтали, ордината которой соответствует значению nн, с вертикали, абсциссы которых соответствуют Мкн по передачам. Таким же образом строится Nе, Gт, nд в регуляторной зоне.

7. Кривые, расположенные в регуляторной  зоне в пределах от Мкн до Мк max для каждой передачи строятся от точек перегиба (вершин прямых построенных пучков) по расчетным точкам регуляторной характеристики (табл. 1) и заканчиваются на пересечении вертикалей, проведенных через абсциссы Мк max по передачам и горизонталям, проведенными через ординаты, соответствующими значениями N0 , Gт0 , n0 (соответствующим Мк max по таблице 1). Таким же образом строятся безрегуляторные ветви характеристики.

 

Построение тяговой характеристики трактора.

1. По оси абсцисс от начала  координат О/ откладываем отрезок О/О = Рf – силе сопротивления качению

                 , Н                                                                          (24)

       Pf = 0,13·8260·9,81 = 10533,9 Н

Полученная точка О будет являться началом координат непосредственно тяговой характеристики. По оси абсцисс в масштабе от начала координат О откладывается сила тяги на крюке трактора:

                  , Н                                                                          (25)

Ркрн1 =57121,9–10533,9 = 46588 Н;          Ркр max 1 = 60547,1 – 10533,9= 50013,2 Н;

Ркрн2 = 47600,3 – 10533,9 = 37066,4 Н;    Ркр max2 = 50454,6 – 10533,9= 39920,7 Н;

Ркр н 3 = 39665,7 – 10533,9 = 29131,8 Н;   Ркр max3 = 42044,2 –10533,9= 31510,3 Н;

Ркрн4  = 33051,06 – 10533,9= 22517,16 Н; Ркр max4 = 35032,9 – 10533,9= 24499 Н;

Ркрн4 = 27541,3 – 10533,9= 17007,4 Н;      Ркр max4 = 29192,8 – 10533,9= 18658,9 Н.

По оси ординат вверх откладываются в масштабе искомые показатели: буксование движителя δ, скорости движения V, тяговые мощности на крюке Nкр , удельный расход топлива по передачам gкр , тяговый к.п.д. ηтяг .

2. В начале в верхней части  ТХХ строится график кривой буксования δ = f(Ркр) по аналогии с экспериментальными кривыми, полученных при тяговых испытаниях тракторов этого класса в близких к заданным почвенным условиям или по слкдующей эмпирической зависимости:

                                                                                             (26)

где a, b, c – безразмерные эмпирические коэффициенты, зависящие от типа трактора. Для колесных тракторов a = 0,013; b = 0,13; для гусеничных тракторов, а = 0,04; b = 0,4. для всех c = 8.

      p – относительная сила тяги на крюке:

                                 P = Ркр/(φк·mэ·g),                                                       (27)

где φк – коэффициент использования сцепного веса, выбирается в зависимости от почвы; φк = 0,7.

 

Рн1 =46588/(0,7·8260·9,81) = 0,821;     Рmax1 = 50013,2/(0,7·8260·9,81) = 0,881;

Рн2 =37066,4/(0,7·8260·9,81) = 0,653;  Рmax2 = 39920,7/(0,7·8260·9,81) = 0,703;

Рн3 =29131,8/(0,7·8260·9,81) = 0,513;  Рmax3 = 31510,3/(0,7·8260·9,81) = 0,555;

Рн4 =22517,6/(0,7·8260·9,81) = 0,396;  Рmax4 = 24499/(0,7·8260·9,81) = 0,431;

Рн5 =17007,4/(0,7·8260·9,81) = 0,299;  Рmax5 = 18658,9/(0,7·8260·9,81) = 0,328.

 

 δн1 = 0,013·0,821+0,13·0,8218 = 0,0375;

δн2 = 0,013·0,653+0,13·0,6538 = 0,0127;

δн3 = 0,013·0,513+0,13·0,5138 = 0,0072;

δн4 = 0,013·0,396+0,13·0,3968 = 0,0052;

δн5 = 0,013·0,299+0,13·0,2998 = 0,0038;

δmax1 = 0,013·0,881+0,13·0,8818 = 0,0586;

δmax2 = 0,013·0,703+0,13·0,7038 = 0,0168;

δmax3 = 0,013·0,555+0,13·0,5558 = 0,0083;

δmax4 = 0,013·0,431+0,13·0,4318 = 0,0057;

δmax5 = 0,013·0,328+0,13·0,3288 = 0,0042.

 

 

3. Для каждой заданной передачи  определяют теоретическую скорость  на холостом ходу (Ркр = 0)

                 , км/ч                                                             (28)

где значения берутся из нижней части графика регуляторной характеристики.

Vт1 = 0,377·2100·0,72/77,03 = 7,4 км/ч;

Vт2 = 0,377·2100·0,72/64,19 = 8,88 км/ч;

Vт3 = 0,377·2100·0,72/53,49 = 10,65 км/ч;

Vт4 = 0,377·2100·0,72/44,57 = 12,78 км/ч;

Vт5 = 0,377·2100·0,72/37,14 = 15,34 км/ч.

 

Зная величину буксования, определяем рабочие скорости движения на каждой передаче:

 

                           , км/ч                                                       (29)

Vр1н = 7,4·(1- 0,0375) = 7,12 км/ч;        Vр1max = 7,4·(1- 0,0586) = 6,96 км/ч;

Vр2н = 8,88·(1- 0,0127) = 8,76 км/ч;      Vр2max = 8,88·(1- 0,0168) = 8,73 км/ч;

Vр3н = 10,65·(1- 0,0072) = 10,57 км/ч;  Vр3max = 10,65·(1- 0,0083) = 10,56 км/ч;

Vр4н = 12,78·(1- 0,0052) = 12,71 км/ч;  Vр4max = 12,78·(1- 0,0057) = 12,70 км/ч;

Vр5н = 15,34·(1- 0,0038) = 15,28 км/ч;  Vр5max = 15,34·(1- 0,0042) = 15,27 км/ч.

 

4. Определяем тяговую мощность  для каждой передачи трактора:

 

                             Nкр i = Ркр·Vр i/3600,  кВт                                                (30)

 

Nкр 1н = 46588·7,12/3600 = 92,14 кВт;

Nкр 1max = 50013,2·6,96/3600 = 96,69 кВт;

Nкр 2н = 37066,4·8,76/3600 = 90,19 кВт;

Nкр 2max = 39920,7·8,73/3600 = 94,80 кВт;

Nкр 3н = 29131,8·10,57/3600 = 85,53 кВт;

Nкр 3max = 31510,3·10,56/3600 = 92,4 кВт;

Nкр 4н = 22517,16·12,71/3600 = 79,49 кВт;

Nкр 4max = 24499·12,70/3600 = 86,42 кВт;

Nкр 5н = 17007,4·15,28/3600 = 72,18 кВт;   

Nкр 5max = 18658,9·15,27/3600 = 79,14 кВт.

5. Для оценки топливной экономичности трактора в зависимости от нагрузки на крюке определяется удельный расход топлива:

                              ,  г/(кВт.ч)                                                (31)

где GТi – часовой расход топлива, берется из нижней части графика регуляторной характеристики.

gкр1н = 103·29,6/92,14 = 321,25 г/(кВт.ч);

gкр1max = 103·29,6/96,69 = 306,13 г/(кВт.ч);

gкр2н = 103·29,6/90,19 = 328,19 г/(кВт.ч);

gкр2max = 103·29,6/94,80 = 312,23 г/(кВт.ч);

gкр3н = 103·29,6/85,53 = 346,077 г/(кВт.ч);

gкр3max = 103·29,6/92,4 = 320,34 г/(кВт.ч);

gкр4н = 103·29,6/79,49 = 372,37 г/(кВт.ч);

gкр4max = 103·29,6/86,42 = 342,51 г/(кВт.ч);

gкр5н = 103·29,6/72,18 = 410,08 г/(кВт.ч);

gкр5max = 103·29,6/79,14 = 374,02 г/(кВт.ч)

6. По построенной тяговой характеристике  определяется тяговый к.п.д.:

 

               ,                                                                                  (32)

где Nкр – тяговая мощность в выбранной точке;

      Ne – эффективная мощность, развиваемая при этом ДВС.

 

ηтяг1н = 92,14/134,9 = 0,683;      ηтяг1max = 96,69/107,92 = 0,895;

ηтяг2н = 90,19/134,9 = 0,668;      ηтяг2max = 94,80/107,92 = 0,878;

ηтяг3н = 85,53/134,9 = 0,634;      ηтяг3max = 92,4/107,92 = 0,856;

ηтяг4н = 79,49/134,9 = 0,589;      ηтяг4max = 86,42/107,92 = 0,801;

ηтяг5н = 72,18/134,9  = 0,535;      ηтяг5max = 79,14/107,92 = 0,733.

Полученные значения тягового к.п.д. сравниваем со значениями, определенными по формуле:

                 ,                                                                   (33)

при отсутствии ошибок и аккуратном выполнении графических работ результаты расчетов по обеим методам не должны различаться более чем на ±5%.

η′т 1 н = 0,87(1-0,0375)·46588/57121,9 = 0,683;

η′т 2 н = 0,87(1-0,0127)·37066,4/47600,3 = 0,668;

η′т 3 н = 0,87(1-0,0072)·29131/39665,7 = 0,635;

η′т 4 н = 0,87(1-0,0052)·22517,16/33051,06 = 0,589;

η′т 5 н = 0,87(1-0,0038)·17007,4/27541,3 = 0,535;

η′т 1 max = 0,87(1-0,0586)·50013,2/60547,1 = 0,676;

η′т 2 max = 0,87(1-0,0168)·39920,7/50454,6 = 0,654;

η′т 3 max = 0,87(1-0,0083)·31510,3/42044,2 = 0,646;

η′т 4 max = 0,87(1-0,0057)·24499/35032,9 = 0,604;

η′т 5 max = 0,87(1-0,0042)·18658,9/29192,8 = 0,553.

Расчетные данные для построения теоретической тяговой характеристики трактора заносим в таблицу 2.

Таблица 2

Основная передача	Расчетная точка	Ne, кВт	ng,          мин-1	Gт, кг/ч	Pк, кН	Pкр, кН	Vрi, км/ч	Nкр, кВт	gкр, г/кВт.ч	δ, %	ηтяг	η′т
I	1	134,9	2100	29,6	57,121	46,588	7,12	92,14	321,25	3,75	0,683	0,683
	2	107,92	1600	23,7	60,547	50,013	6,96	96,69	306,13	5,86	0,895	0,676
II	1	134,9	2100	29,6	47,601	37,066	8,76	90,19	328,19	1,27	0,668	0,668
	2	107,92	1600	23,7	50,454	39,921	8,73	94,8	312,23	1,68	0,878	0,654
III	1	134,9	2100	29,6	39,665	29,132	10,57	85,53	346,07	0,72	0,634	0,635
	2	107,92	1600	23,7	42,044	31,51	10,56	92,4	320,34	0,83	0,856	0,646
IV	1	134,9	2100	29,6	33,051	22,517	12,71	79,49	372,37	0,52	0,589	0,589
	2	107,92	1600	23,7	35,033	24,499	12,70	86,42	342,51	0,57	0,801	0,604
V	1	134,9	2100	29,6	27,541	17,008	15,28	72,18	410,08	0,38	0,535	0,535
	2	107,92	1600	23,7	29,193	18,659	15,27	79,14	374,02	0,42	0,733	0,553