Расчет тягового усилия

Таблица 2

n, мин-1	Ne, кВт	Мкр, Нм	Gт, кг/ч	gк, г/кВт×ч

 

Пользуясь полученными расчетными данными, строят график регуляторной скоростной характеристики дизельного тракторного двигателя  в функции от частоты вращения коленчатого вала.

На рис. 1 приведен общий вид скоростной регуляторной характеристики, показывающей характер изменения

М_кр, N_e, G_т, g_е=f(n).

Рис. 1. Скоростная регуляторная характеристика

2.2. Нагрузочная характеристика  двигателя в функции

от эффективной мощности

Исходными данными для построения нагрузочной  характеристики являются также расчетные  данные табл. 2. Примерная нагрузочная характеристика показателей М_кр, n, G_т, ge - f(N_e) представлена на рис. 2, которая дает более полное представление о показателях работы двигателя в регуляторной зоне - в пределах работы регулятора, что используется при оценке работы комплекса сельскохозяйственных машин с данным типом трактора.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика

Нерегуляторная  зона в пределах от М_{кр н} до М_{кр max} характеризует работу двигателя при воздействии на его показатели корректирующего устройства в период кратковременных перегрузок. Для повышения эффективности работы машинно-тракторного парка следует стремиться к тому, чтобы средняя эксплуатационная загрузка двигателя была по возможности выше в пределах регуляторной зоны, но не более 95% от максимальной мощности двигателя.

3. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ  ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА

Определив основные конструктивные и экономические  параметры тракторного двигателя и трактора в целом, приступают к построению теоретической тяговой характеристики, которая позволяет получить наглядное представление о тяговых и топливно-экономических показателях на различных режимах его работы.

Теоретическая тяговая характеристика трактора (рис. 3) состоит из двух частей - нижней и верхней.

Рис. 3. Теоретическая тяговая характеристика

Нижняя  часть графика имеет вспомогательное значение и служит для нанесения, основных исходных параметров тракторного двигателя. В верхней части графика наносится ряд кривых, показывающих, как в заданных почвенных условиях, при установившемся движении на горизонтальном участке, в зависимости от нагрузки на крюке трактора изменяются его основные эксплуатационные показатели - буксование ведущих органов, скорости движения, тяговая мощность, удельный расход топлива и тяговый КПД трактора.

Аналитический расчет и графическое построение теоретической тяговой характеристики трактора производится в следующей  последовательности: на листе чертежной  или миллиметровой бумаги размером 594´420 мм наносятся на нижней части листа (рис. 3) оси координат с повернутой осью ординат вниз. Затем по оси абсцисс от начала координат О' в принятом масштабе откладывается для каждой передачи максимальная касательная сила тяги, подсчитанная по формуле

и номинальная

,

где М_{кр max} - максимальный крутящий момент двигателя (табл. 2); М_{кр н} - крутящий момент двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала (табл. 2);

i _{тр i} - передаточное число трансмиссии; h_{тр i} - КПД, учитывающий потери мощности в

трансмиссии.

Учитывая, что касательная, сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему  моменту двигателя, поэтому по оси  абсцисс от точки О' для каждой заданной передачи в принятом масштабе наносятся крутящие моменты двигателя  М_{кр max} и М_{кр н} соответственно касательным силам тяги Р_{кр max} и Р_{кр н}.

Затем по оси ординат вниз наносятся масштабные шкалы эффективной мощности, часового расхода топлива и частоты  вращения коленчатого вала двигателя  с таким расчетом, чтобы графики  в регуляторной зоне не пересекались.

Далее с  учетом количества передач и соответствующих  крутящих моментов строится график показателей  работы двигателя.

N_e, G_т, n = f(M_кр).

При этом образуются пучки кривых N_e с общим центром в точке О', кривые G_т с общим центром в точке G_тx и пучок кривых n с общим центром в точке n_х - соответствующие холостому ходу двигателя. Точки перегиба, (вершины) кривых всех показателей регуляторной характеристики двигателя должны находиться на горизонтальной прямой и по вертикали соответствовать номинальным моментам двигателя.

Кривые, расположенные в нерегуляторной зоне в пределах от М_{кр н} до M_{кр max} для каждой передачи, строятся по расчетным точкам регуляторной характеристики (см. табл. 2, с. 11), Нанесенные кривые на график регуляторной характеристики для каждой передачи должны заканчиваться при максимальных значениях крутящих моментов, M_{кр max}.

Примером  построения нагрузочной характеристики двигателя в функции от крутящего  момента может служить нижняя часть теоретической тяговой  характеристики трактора (рис. 3). Следует  учесть, что в зоне перегрузок от М_{кр н} до M_{кр max} кривые N_e, G_т, n строятся по точкам регуляторной характеристики, а в зоне действия регуляторов эти показатели изображаются прямыми линиями.

После построения нагрузочной характеристики определяют силу сопротивления качению по формуле:

P_f = f×G,

где f - коэффициент сопротивления качению; G - сила тяжести трактора.

Величина  силы сопротивления качению P_f откладывается по оси абсцисс вправо от точки О' до точки О. Полученная точка О будет являться началом координат непосредственно тяговой характеристики трактора. По оси абсцисс в масштабе касательной силы от точки О отсчитывается сила тяги на крюке трактора, определяемая по формуле Р_кр = Р_к - P_f, а по оси ординат вверх изображаются в своих масштабах тяговые показатели трактора - буксование движителей, скорости движения, тяговые мощности на крюке, удельный расход топлива по передачам и тяговый КПД.

Величина  коэффициента буксования может быть подсчитана по эмпирической формуле

d=ар+bp^c,

где р - относительная сила тяги трактора, определяемая по формуле

.

Для гусеничных тракторов и колесных со всеми  ведущими колесами l_к=1, поэтому величина относительной силы тяги будет определяться по формуле

.

Безразмерные  коэффициенты а, b, с зависят от типа трактора и почвенных условий. Для колесных тракторов принимают: а=0,13; b = 0,013; с=8. Для гусеничных тракторов: а = 0,04; b = 4,0; с=8. Для ориентировочных расчетов величина буксования в пределах до максимальной мощности двигателя имеет линейную величину прямо пропорциональную тяговой нагрузке трактора.

Далее для  каждой заданной передачи определяют теоретическую скорость на холостом ходу (р_кр=0) по формуле

,

где r_к - радиус качения ведущего колеса (звездочки); n_д - частота вращения коленчатого

вала  двигателя в минуту.

Зная  величину буксования d и теоретическую скорость движения, подсчитывают для каждой передачи рабочие скорости по формуле

V_p=V_т(1-d)=

(1-d).

По формуле  для каждой передачи определяют мощность на крюке трактора (кВт).

Для оценки топливной экономичности трактора определяется удельный расход топлива по формуле

,

где G_тi - соответствующий часовой расход топлива по нижней части графика

регуляторной  характеристики двигателя, кг/ч.

Условный  тяговый КПД трактора подсчитывается по формуле

,

где N_кр и N_e - определяются по графику рис. 3.

Проверку h_ту производят по формуле

h_ту=h_тр×h_f×h_б.

Если  расчет по двум формулам произведен правильно, то результаты расчетов должны совпадать  или быть близкими.

Для построения теоретической тяговой характеристики трактора полученные расчетные тяговые  показатели для каждой передачи заносятся  в таблицу по следующей форме:

Таблица 3

Передача

Расчетная точка

Ne, кВт

nд, мин-1

Gт, кг/ч

Рн, кН

Ркр, кН

Vi, км/ч

Nкр, кВт

gкр, г/кВт×ч

d, %

hту

hтр×hf×hб

I

1

2

3

и т.д.

II

1

2

3

и т.д.

 

После построения графика тяговой характеристики трактора составляется баланс мощности трактора для установившегося движения.

Мощность  на крюке трактора и значения d, V, G, Р_к берутся из графика теоретической тяговой характеристики трактора (рис. 3).

В заключение 1-й части курсовой работы следует проанализировать расчетные показатели трактора в целом и сделать краткие выводы сравнительно с прототипом.

 

Раздел II

1. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО

ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Мощность  N_e двигателя, необходимую для движения полностью нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью V_max в заданных дорожных условиях, определяют по формуле

,

где G - сила тяжести автомобиля с грузом, Н; V_max - максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче в заданных дорожных условиях, км/ч;

y - приведенный коэффициент дорожного сопротивления; К - коэффициент обтекаемости автомобиля. Для грузовых машин принимают 0,6...0,75, кг/м³;

F - площадь лобового сопротивления автомобиля, которая подсчитывается по

формуле

F=H×B, м²;

Н - габаритная высота автомобиля, м; В - колея, м; h_тр - механический КПД

трансмиссии принимают для режима максимальной скорости равным 0,85...0,90.

При проектировании для обеспечения необходимого динамического  фактора в области средних  эксплуатационных скоростей движения определяют максимальную мощность двигателя  по формуле:

N_{e max}=(1,05-1,10)N_e.

Частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности, определяется коэффициентом оборотности  двигателя h_n, равным отношению частоты вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости движения автомобиля.

, отсюда n_max=h_п×V_max.

Для грузовых автомобилей коэффициент оборотности h_п принимают равным в пределах 30 - 40 в соответствии с прототипом автомобиля и расчетной максимальной мощностью двигателя.

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ  ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ

 ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

С некоторой  долей погрешности внешняя скоростная характеристика может быть определена и построена для карбюраторных четырехтактных двигателей на основании следующих данных: