Тяговый расчет трактора

• Название: Тяговый расчет трактора
• Дата: 18.03.2019
• Размер: 334.58 Kb.
• Имя файла: 5 Т Р А К Т О Р Ы.docx
• Тип: Документы; #70770

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 – m_э, номинальную мощность - N_н, тяговый диапазон – δ_т, скорости на различных передачах – V_i, передаточные числа трансмиссии - i_тр, часовой G_т - и удельный крюковой – g_кр 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 – m_к и эксплуатационную - m_э. последняя отличается от первой учетом массы заправочных материалов и тракториста - m_э = (1,07 … 1,1) m_к .

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 – δ_доп, т.е. из условия:

,

откуда , кг (1)

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

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

λ_к – коэффициент нагрузки ведущих колёс, для 4 к 2 – 0,8; для 4 к 4 и гусеничных – 1;

f – коэффициент сопротивления качению (0.11);

кг;

принимаем m_э = 6486,9 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 P_f – сила сопротивления качению, Н

P_f = f ^. m_э ^. q = 0,11 × 6486,9× 9,81 = 7000 Н ;

V_н1 – скорость движения на нишей (первой) передаче, км/ч;

χ_э – коэффициент эксплуатационной нагрузки ДВС – 0,85;

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

η_тр = η_ц^{п1 .} η_к^{п2 .} η_х:

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

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

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

η_х – к.п.д. работы ДВС на холостом ходу, составляет 0,96.
η_тр = η_ц^{п1 .} η_к^{п2 .} η_х = 0,985⁷ ×0,975⁴ × 0,96 = 0,78;
, 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;

Р_н^/ - Номинальная сила тяги трактора предыдущего класса, Р_н^/ = 30 кН.


Минимальная сила тяги, развиваемая трактором на высшей передаче:
, Н (4)
Н .

1.4. Расчет основных рабочих скоростей трактора.

Диапазон основных рабочих скоростей характеризуется

или (5)

где V_z – высшая основная скорость;

z – число основных передач;

γ_доп - коэффициент допустимой минимальной загрузки двигателя, принимается 0,85.
δ_v =
Обычно ряд основных передач трактора строится по принципу геометрической прогрессии, знаменатель которой равен:
, или (6)
g = ³
Определив знаменатель, находят остальные скорости:

V₂ = V₁ ^. g ; V₃ = V₂ ^. g и т.д.

V₂ =9,28 км/ч;

V₃ =10,76 км/ч;

V₄ =12,48 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 колесного трактора на первой передаче определяется по формуле:

, (7)

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

r_к – радиус качения ведущего колеса.



м (8)

где d– наружный диаметр обода колеса, в дюймах;

b– ширина профиля шины в дюймах.
Размеры шин подбираются по таблице П8 в зависимости от нагрузки на ведущее колесо или по прототипу трактора.

м

Остальные передаточные числа трансмиссии определяются:

i_тр2 = i_тр1/g ; i_тр3 = i_тр2/g и т.д. (9)
i_тр2 = 73,23 / 1,15 = 63,13;

i_тр3 = 63,13 / 1,15 = 54,42;

i_тр4 = 54,42 / 1,15 = 46,91.
Зная расчетные общие передаточные числа трансмиссии на каждой передаче - i_тр и передаточные числа шестерен с постоянным зацеплением трактора прототипа – i_о , определяют передаточные числа коробки перемены передач :

i_тр1 i_тр2

i_к1 = ^______ ; i_к2 = ^______ . и т.д. (10)

i_о i_о

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

i_о = i_гп × i_кп (11)

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

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

i_о = 4,45×4,6=20,47 (табл.);

i_к1 = 73,23/20,47=3,58;

i_к2 = 63,13/20,47=3,08;

i_к3 = 54,42/20,47=2,66;

i_к4 = 46,91/20,47=2,29.
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:

. и т.д. (12)
N_уд = 117,31/6486,9 = 0,0181 Вт/кг;

m_уд = 5951,28 / 117,31= 55,73 Вт/кг.

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, 20 от номинального значения по следующей эмпирической зависимости:

, кВт (13)

где n_e, n_н – 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 n_е20 = 420 мин^-1; n_е40 = 840 мин^-1; n_е60 = 1260 мин^-1; n_е80 = 1680 мин^-1; n_е100 =2100 мин^-1

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

кВт

На регуляторной ветви характеристики N_e изменяются по закону прямой линии от N_e = 0 до N_{e max}.

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

, мин^-1 (14)

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

мин^-1.

3. Определяем крутящий момент:

, Нм (15)

где ω – частота вращения, соответствующая мощности N_ei.

, с^-1 ;

с^-1

с^-1

с^-1

с^-1

с^-1

Нм;

Нм;

Нм;

Нм.

Нм.

4. Определяем максимальный часовой расход топлива по удельному расходу g_ен = 250 кг/кВт^.ч при номинальной мощности:

, кг/ч (16)

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} = 0,25 ^. 26,98 = 6,75 кг/ч.

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

, г/(к (17)

г/(кВт^.ч);

г/(кВт^.ч);

г/(кВт^.ч);

г/(кВт^.ч).

г/(кВт^.ч).

Удельный расход топлива на регуляторной ветви при М_{кр max} принимаем (1,15…1,20) ^. g _{е i} при N_н. Промежуточные точки принимаем по двигателю прототипу.

g _ен = 230 г/(кВт^.ч).

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

, кг/ч (18)

кг/ч;

кг/ч;

кг/ч;

кг/ч.

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	17,83	405,6	4,1	1513,18
40	840	44,11	501,7	10,14	611,65
60	1260	73,2	555,1	16,84	368,58
80	1680	99,48	565,7	22,88	271,21
100	2100	117,31	533,7	26,98	229,99
х/х	2247	0	0	6,75	↑

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.

3. 
   РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
   

Теоретической тяговой характеристикой (ТТХ) трактора называют зависимость его основных тягово-скоростных топливо-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.

1. 
   3.1 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

, (19) , (20)

где значения М_к берутся по таблице 1.

Н; Н;

Н; Н;

Н; Н;

Н; Н.

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

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

3. Вниз по оси ординат наносятся масштабные шкалы эффективной мощности N_е , часового расхода топлива G_т и частоты вращения коленчатого вала двигателя n_д 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 N_н , и вертикалей, абсциссы которых соответствуют номинальным крутящим моментам двигателя этих передач.

5. Из ординаты, соответствующей значению G_тх в принятом масштабе, проводится пучок прямых G_т по числу передач таким же образом, чтобы их вершины лежали на пересечении горизонтали, ордината которой соответствует М_кн 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 n_н, с вертикали, абсциссы которых соответствуют М_кн по передачам. Таким же образом строится N_е, G_т, n_д в регуляторной зоне.

7. Кривые, расположенные в регуляторной зоне в пределах от М_кн до М_{к 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 М_{к max} по передачам и горизонталям, проведенными через ординаты, соответствующими значениями N₀ , G_т0 , n₀ (соответствующим М_{к max} по таблице 1). Таким же образом строятся безрегуляторные ветви характеристики.

2. 
   3.2 Построение тяговой характеристики трактора.
   

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

, Н (21)

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 (22)

Р_{кр н 1} =41195 – 7000 = 34195 Н; Р_{кр max 1} =43665 – 7000 = 36665 Н;

Р_{крн 2} =35514 – 7000 = 28514 Н; Р_{кр max2} =37643 – 7000 = 30643 Н;

Р_{кр н 3} =30614 – 7000 = 23614 Н; Р_{кр max3} =32449 – 7000 = 25449 Н;

Р_{кр н 4} =26389 – 7000 = 19389 Н; Р_{кр max4} =27971 – 7000 = 20971 Н.
По оси ординат вверх откладываются в масштабе искомые показатели: буксование движителя δ, скорости движения V, тяговые мощности на крюке N_кр , удельный расход топлива по передачам g_кр , тяговый к.п.д. η_тяг .

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

(23)

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 = 4,0. для всех c = 8

p – относительная сила тяги на крюке:

, (24)

где φ_к – коэффициент использования сцепного веса, выбирается в зависимости от почвы; φ_к = 0,6.

; ;

; ;

; ;

; .
;

;

;

;

;

;

;

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

, км/ч (25)

где значения берутся из нижней части графика регуляторной характеристики.

км/ч;

км/ч;

км/ч;

км/ч.

км/ч;

км/ч;

км/ч;

км/ч.

Зная величину буксования определяем рабочие скорости движения на каждой передаче:

, км/ч (26)

км/ч; км/ч;

км/ч; км/ч;

км/ч; км/ч;

км/ч; км/ч.
4. Определяем тяговую мощность для каждой передачи трактора:


, кВт (27)

кВт; кВт;

кВт; кВт;

кВт; кВт;

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

, г/(кВт^.ч) (28)

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

г/(кВт^.ч); г/(кВт^.ч);

г/(кВт^.ч); г/(кВт^.ч);

г/(кВт^.ч); г/(кВт^.ч);

г/(кВт^.ч); г/(кВт^.ч).
6. По построенной тяговой характеристике определяется тяговый к.п.д.:

, (29)

где N_кр – тяговая мощность в выбранной точке;

N_e – эффективная мощность, развиваемая при этом ДВС.

; ;

; ; ;

; ;

.

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

, (30)

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

;

;

;

;

;

;

;

.

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

Таблица 2

Основная передача	Расчётная точка	Ne, кВт	ng, мин-1	Gт, кг/ч	Рк, кН	Ркр, кН	νpi, км/ч	Nкр кВт	gкр, г/кВч	δ %	ηтяг	η΄т
1	ном	117,31	2100	26,98	41195	34195	7,79	73,99	364,64	0,026	0,63	0,63
	max	99,48	1680	22,88	43665	36665	6,16	62,74	430,03	0,0372	0,63	0,63
2	ном	117,31	2100	26,98	35514	28514	9,17	72,63	371,47	0,0112	0,62	0,62
	max	99,48	1680	22,88	37643	30643	7,3	62,14	434,18	0,0156	0,62	0,62
3	ном	117,31	2100	26,98	30614	23614	10,68	70,05	385,15	0,0077	0,60	0,60
	max	99,48	1680	22,88	32449	25449	8,53	60,3	447,43	0,0088	0,60	0,60
4	ном	117,31	2100	26,98	26389	19389	12,42	66,89	403,35	0,0059	0,57	0,57
	max	99,48	1680	22,88	27971	20971	9,93	57,85	446,38	0,0064	0,58	0,58