Тягово-экономический баланс трактора

1. ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

 

1.1. Исходные данные  для расчета трактора:

• тип движителей, колесная формула – гусеничный;
• номинальное тяговое усилие – 40 кН;
• диапазон рабочих скоростей движения – 5…30 км/ч;
• почвенный агрофон – целина;
• число передач: четыре;
• частота вращения к.в. двигателя n=2000мин^-1;

1.2. Исходные данные  для расчета автомобиля:

•   тип автомобиля – ограниченной проходимости;
•   номинальная грузоподъемность – 6 т;
•   скорость движения на прямой передаче – 95 км/ч;
•   коэффициент суммарного сопротивления дороги – 0,02
•   число передач: пять;
•   номинальная частота вращения к.в. двигателя n=3100 мин^-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2  ТЯГОВЫЙ  РАСЧЕТ  ТРАКТОРА

 

2.1  Определение  максимальной эксплуатационной массы трактора

Максимальная эксплуатационная масса m_max (кг) трактора определяется по формуле:

     (1)

где Р_н  - номинальная сила тяги на первой рабочей передаче, Н;

j_к.доп - коэффициент использования массы;

для гусеничного  трактора j_к.доп =0,55-0,65; /3/, стр. 5.

принимаем j_к.доп =0,6;

l_к - коэффициент нагрузки ведущих колес (для гусеничного трактора   l_к =1);

f - коэффициент сопротивления качению колесного и гусеничного движителя

(принимается по заданному агрофону)

g - ускорение свободного падения (9.81 м/с²).

Р_н=40 кН (по заданию),

Коэффициент λ_к учитывает преобразование в тяговое усилие той части веса трактора, которая приходится на ведущие колеса (движители). В случае гусеничного движителя λ_к=1, т.к. вся масса трактора приходится на гусеничные движители и будет преобразована в тяговое усилие.

Для заданного агрофона (целина) f=0.06..0.07. /3/, стр. 5.

Принимаем f=0,06.

     Подставляем исходные данные в формулу (1):

 кг

     В качестве  прототипа принимаем трактор марки Т-4А (4 тяговый класс и гусеничный тип движителя), который является наиболее близким к проектируемому трактору.

2.2   Определение  номинальной мощности двигателя

     Номинальная мощность двигателя N_н (кВт) выбирается исходя из скорости движения трактора на первой передаче соответствующей номинальному тяговому усилию и условию движения агрегата на заданном почвенном фоне:

     (2)

где k _з -  коэффициент запаса мощности (k _з = 1,05...1,1 );

      V₁ - первая основная скорость, м/с;

      h_тр - к.п.д. трансмиссии.

Коэффициент запаса мощности принимаем к_з=1,05;.   

V₁=5 км/ч=1,39 м/с (по заданию),

КПД трансмиссии для первой передачи находится по формуле :

     (3)

     где - к.п.д. соответственно учитывающие потери холостого хода (0,96), цилиндрической пары шестерен (0,985...0,99), конической пары шестерен (0,975...0,98), карданных шарниров (0,985...0,99);

l₁ и l₂ - коэффициенты перераспределения массы на соответственно переднюю и заднюю ведущие оси ( в данном случае l₁=1 и l₂=0);

а₁, в₁, с₁ - соответственно число пар цилиндрических и конических шестерен и число карданных шарниров, находящихся в зацеплении при передаче М_кр к передней оси;

а, в, с - соответственно число  пар цилиндрических и конических шестерен и число  карданных  шарниров, находящихся в зацеплении при передаче М_кр к задней оси.

 

 

Рисунок 1. Схема трансмиссии  проектируемого трактора.

     Для данной схемы трансмиссии а =2, в =1, с =0,

     Принимаем ή_ц=0.985, ή_к=0.975, ή_ш=0.985

   Подставляем исходные данные в формулу (3):

 

      Подставляем исходные данные в формулу (2):

 кВт

В качестве прототипа двигателя  принимаем дизельный двигатель А-01М. (мощность 99 кВт, число цилиндров - 6, расположение – рядное, рабочий объем- 11150, частота вращения 1700 мин^-1, удельный расход топлива g_ен=231 г/кВт∙ч).

2.3  Построение нагрузочной  характеристики двигателя

     Предварительно определяются параметры ниже перечисленных характерных точек режимов работы двигателя:

2.3.1  Номинальный режим:

     Угловая скорость коленчатого вала (с ^-1):

,     (4)

где n_н=2000 мин^-1 (по заданию).

 с^-1

     Крутящий момент двигателя при номинальной мощности  (кН×м):

     (5)

 кНм

     Часовой расход топлива:

G_т = g_е×N_н×10^-3,    (6)

 

 кг/ч

 

где g_е - удельный расход топлива(g_е=220 г/кВт·ч по выбранному прототипу).

2.3.2  Режим  холостого хода  (регуляторная  ветвь):

     Угловая скорость холостого хода зависит от степени  неравномерности регулятора d_р (у современных тракторов d_р =0,07...0,08): 

w_хх = (1 + d_р)× w_н,     (7)

Степень неравномерности регулятора зависит от агрофона. Чем тяжелее условия: подъемы, спуски, тяжелые условия пахоты), тем шире должен быть диапазон регуляторной ветви. Целина – сложнопахотные условия. Исходя из этого, принимаем наибольшее значение δ_р=0,08.

Подставляю исходные значения в  формулу (7):

 с^-1

     Эффективная мощность и крутящий момент при этом равны нулю.

     Часовой расход топлива на холостом режиме работе зависит от механического КПД двигателя и находится в пределах:

G_{т хх} =(0,25...0,3) × G_т.     (8)

На холостом режиме двигатель расходует свою мощность на проворачивание деталей и узлов КШМ, а так же вспомогательных систем и механизмов. У выбранного прототипа двигателя 6 цилиндра расположенных рядно и достаточно небольшие размеры цилиндров. Поэтому будут присутствовать большие инерционные силы, что приведет к повышенному расходу топлива. Исходя из этого, принимаю коэффициент, равным 0,3.

     Подставляем данные в формулу (8):

 кг/ч.

2.3.3  Корректорная ветвь:

     Расчет эффективной мощности производится по формуле С.Р. Лейдермана:

     (9)

где w_е и w_н - соответственно текущее значение угловой скорости вращения       коленчатого вала (задаются 5...6 значениями w_е в пределах от w_мин до w_н) и   значение при номинальной мощности двигателя, с^-1;

С₁ и С₂ - коэффициенты, зависящие от типа двигателя и способа смесеобразования:  (С₁ = 0,87 и С₂ =1,13 - для дизелей с неразделенными камерами сгорания).       /2, страница 24/

Исходный прототип двигателя имеет  неразделенные камеры сгорания, которые отличаются простотой своего изготовления и наибольшей экономичностью.

     При расчетах минимальная угловая скорость для дизелей принимается в пределе w_мин = 40...80 с^-1

     Принимаю w_мин =70 с^-1

     Крутящий момент двигателя:

,     (10)

     Удельный расход топлива для дизелей в г/(кВт×ч):

     (11)

где g_eн - удельный расход топлива при номинальной мощности.

     Часовой расход топлива  в  кг/ч:

G_т = N_е × g_e ×10^-3.     (12)

     Подставляем исходные данные в формулы (9, 10, 11 и 12):

 

1) ω=70 с^-1

     кВт

   кНм

   г/(кВт*ч)

    кг/ч

     Аналогично  находим остальные точки корректорной ветви, результаты расчетов заносим в таблицу 1:

Таблица 1 Регуляторная характеристика двигателя

№	n, мин-1	ω, рад/с	Nе, кВт	Мк, кНм	gе, г/(кВт*ч)	GТ, кг/ч
1	668,79	70	27,68	0,396	264,14	7,312
2	1050,96	110	45,486	0,414	233,68	10,629
3	1242,04	130	53,686	0,413	224,76	12,066
4	1433,12	150	60,930	0,406	219,98	13,403
5	1719,74	180	69,077	0,384	220,97	15,264
6	2000,00	209,33	72,880	0,348	231,00	16,835

2.4  Определение размеров ведущей звездочки.

Для гусеничного трактора динамический радиус звездочки:

    

где L_зв  и   z_зв – шаг звена(м) и число зубьев ведущей звездочки.

     Принимаем L_зв=0,176 м  и   z_зв=14.

     Подставляем значения в формулу:

2.5 Определение передаточных чисел трансмиссии.

     Передаточные числа трансмиссии:

для первой передачи:

     (13)

     Подставляем  данные в формулу (13):

для последней передачи (в данном случае 4-ая):

     (14)

где V₄=30 км/ч=8,33 м/с (по заданию).

     Подставляем данные в формулу (14):

     Для промежуточных  передач вначале определяется  знаменатель геометричес-

кой прогрессии:

     (15)

где z=4 – количество передач.

     Находим  знаменатель геометрической прогрессии:

     Затем находятся передаточные числа:

i_z= q· i_z-1,     (16)

i₂=q· i₁=0,5505·60,239=33,16

i₃=q· i₂=0,5505·33,16=18,26

2.6. Определение касательной силы тяги, крюковой силы и скорости движения на всех передачах.

     Касательная сила тяги в кН:

,     (17)

Р_к -  определяется для первой передачи и при различных значениях М_к . Значение М_к  принимается из регуляторной характеристики (таблица 1).

1) кН

     Аналогично определяем остальные значения:

№	n, мин-1	ω, рад/с	Мк, кНм	Рк, кН
1	668,79	70	0,396	53,07
2	1050,96	110	0,414	55,48
3	1242,04	130	0,413	55,35
4	1433,12	150	0,406	54,41
5	1719,74	180	0,384	51,46
6	2000,00	209,33	0,348	46,64

    Крюковое усилие в кН :

Р_кр =Р_к - Р_f,     (18)

где  Р_f - сила сопротивления качению трактора (кН):

     (19)

 кН

     Подставляю  исходные данные в формулу  (18):

1) Р_кр =53,07- 4,44=48,63 кН

     Аналогично  находятся остальные значения  крюкового усилия:

№	Ркр, кН
1	48,63
2	51,04
3	50,91
4	49,97
5	47,02
6	42,20