Тяговый расчёт трактора и построение тяговой характеристики

Тяговый расчёт трактора и построение тяговой характеристики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.О. СУХОГО

ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА «Сельскохозяйственные машины»

Практическая работа

Тяговый расчёт трактора и построение тяговой характеристики

Выполнил: студент гр. ЗС - 41с

Алейников А.А.

Гомель 2011 г.

Дано: Р_кр = 35 кН; λ = 0.54; тип - 4х4; h_кр = 0.5 м; ω_н = 210 с^-1; К_м = 1.14; а_об = 0.65; N_маш = 36 %; R₁ = 1200 кгс / м; χ_min = 0.92; W = 0.9 га / ч; α_ст = 22º; р_min = 5 м; V_н =2.5 м / с; Q_пр = 2 ∙ Р_кр = 7 т.

Ход работы

1.  Определяем вес энергосредства

Вес энергосредства определяем по формуле:

где Р_кр - заданное тяговое усилие, кН. Принимаем по варианту [1, стр. 38];

λ - коэффициент нагрузки ведущих колёс. Принимаем λ = 1;

φ_с - коэффициент сцепления с почвой [1, таблица П2];

ξ - коэффициент учитывающий внутренние потери в ходовой системе. Для колёсного трактора принимаем ξ = 1;

f - коэффициент сопротивления передвижению. Принимаем f = 0.1.

Поскольку G_пр > 0.5 ∙ Q_пр, принимаем вес энергосредства G = 5.8 т.

Определяем продольную базу из условия:

Распределение веса по осям энергосредства определяем из выражения:

Отсюда

Определим нагрузку на ведущие и ведомые колёса машины по формуле:

1   Подбираем шины для ведущих и управляемых колес

Шины подбираем из условия:

Выбираем следующие шины:

Ведущие - 13.6 R 38 [F] = 1660 кгс;

Управляемые - 13.6 R 38 [F] = 1660 кгс.

Определяем диаметр колеса по формуле:

Радиус ведущего колеса r_к = 102 см.

тогда λ₂:

Уточняем нагрузки на колёса по формуле 1.7:

Определяем продольную координату центра тяжести по формуле:

где φ_кр - коэффициент использования веса. Для колёсного трактора 4х4 принимаем φ_кр = 0.45.

Определяем ширину колеи по формуле:

где b_к - ширина колеса;

ξ - коэффициент смещения линии тяги. Определяется из выражения:

где z_к - число корпусов.

Число корпусов определяется по формуле:

Принимаем z_к = 7.

2   Расчёт энергосредства на устойчивость

Рассчитаем продольную устойчивость энергосредства.

Из условия равновесия энергосредства относительно возможной оси опрокидывания О₂ имеем:

где r_к - радиус ведущего колеса. Из расчётов r_к = 102 см;

r_n - радиус ведомых колёс. Принимаем r_n = r_к на основании пункта 2.

Отсюда:

Данное числовое значение в таблице Брадиса соответствует углу в 53º 61´.

Уравнение равновесия трактора относительно возможной, в данном случае, оси опрокидывания О₁ имеет вид:

Отсюда:

Данное числовое значение в таблице Брадиса соответствует углу в 50º 42´.

Отсюда:

Данное числовое значение в таблице Брадиса соответствует углу в 49º 13´.

Определяем угол сползания трактора на подъёме и уклоне из условия:

Данное числовое значение в таблице Брадиса соответствует углу в 35º.

4 Определяем номинальную мощность двигателя

Мощность двигателя, необходимая для обеспечения номинального тягового усилия, где f - коэффициент сопротивления передвижению. Принимаем f = 0.1;

V_н - рабочая скорость движения трактора. Принимаем по варианту V_н = 2.5 м /с = 9 км /ч;

η_им - коэффициент использования мощности. Принимается в интервале 0.9 ÷ 0.95 с учётом запаса мощности на трогание с места и преодоление случайных сопротивлений;

η_мг - механический КПД силовой передачи. Принимаем η_мг = 0.92;

η_б - коэффициент учитывающий потери от буксования. Для колёсных тракторов принимаем в интервале 0.85 ÷ 0.87.

Определяем мощность двигателя исходя из производительности энергосредства с почвообрабатывающим орудием по формуле:

где R₁ - тяговое сопротивление на единицу ширины захвата орудия. Для расчётов принимаем R₁ = 1200 кгс /м;

W - производительность энергосредства. Принимаем по варианту W = 0.9 га /ч;

τ - коэффициент использования рабочего времени. Принимаем τ = 85 %;

η_τ - касательный КПД.

Касательный КПД определяется по формуле:

где η_f - коэффициент, учитывающий потери на самоопережение.

Определяется η_f по формуле:

Проверяем мощность двигателя из условия возможности работы энергосредства с машинами, требующими отбора мощности, из условия:

где R_т - тяговое сопротивление рабочей машины, кгс;

V - рабочая скорость. Из условия V = 2.5 м /с = 9 км /ч;

N_н - мощность, требуемая для привода машины, кВт;

η_ом - КПД передачи к машине. Принимаем η_ом в интервале 0.9 ÷ 0.95.

Проверяем мощность энергосредства на обеспечение движения при эксплуатации на транспорте, из условия:

где i - подъём, преодолеваемый без перехода на низшую передачу. Принимаем для колёсных тракторов i в интервале 0.02 ÷ 0.05;

δ_вр - коэффициент учёта вращающихся масс агрегата. Принимаем δ_вр = 1.15;

j / g - ускорение при разгоне. Принимаем для колёсных тракторов в интервале 0.03 ÷ 0.1.

На основании расчётов энергосредство имеет достаточный запас мощности для эксплуатации на транспорте.

Определяем энергонасыщенность энергосредства по формуле:

5 Определение передаточных чисел ступенчатой трансмиссии

Определяем коэффициент нагрузки двигателя по формуле:

где М_{д min} - минимальный момент коленчатого вала двигателя, Нм;

М_{д н} - номинальный момент двигателя, Нм.

Номинальный момент двигателя определяется по формуле:

где ω - угловая скорость. Принимаем по условию ω = 210 с^-1.

Определим максимальную касательную силу тяги на колёсах из выражения:

Минимальную касательную силу тяги на колёсах определим из выражения:

Определяем рациональное число передач по формуле:

Принимаем число передач n = 7.

Определяем знаменатель геометрической прогрессии рабочего ряда передач по формуле:

где n - число передач.

Определяем передаточное число первой рабочей передачи:

где r_д - определяется из условия:

Определяем передаточные числа остальных передач по формуле:

где i_pn - передаточное число предыдущей передачи.

Определим минимальный момент коленчатого вала двигателя:

где F_kn - касательная сила на предыдущей передаче, Н;

i_pi - передаточное число для рассчитываемой передачи;

i_pn - передаточное число предыдущей передачи.

Определяем скорости движения энергосредства на рабочих передачах по формуле:

где ω_н - угловая скорость. Из условия ω_н = 210 с^-1;

 i_pi - передаточное число рассчитываемой передачи.

Определим передаточное число для пониженного ряда передач по формуле:

6. Расчёт манёвренности энергосредства

Теоретический радиус поворота энергосредства определяется по формуле

где α₁ и α₂ - углы поворота колёс для энергосредства со всеми управляемыми колёсами. Так как энергосредство с передними управляемыми колёсами, то принимаем α₂ = 0, тогда:

Углы поворота внутреннего и наружного колёс определяется по формуле:

где В₁ - ширина колеи переднего моста. На основании расчётов В₁ = 2 м.

Тогда по таблице Брадиса α_1в = arctg 0.505 = 26º 48'.

Тогда по таблице Брадиса α_1н = arctg 0.337 = 18º 38'.

Графическое определение геометрических параметров рулевой трапеции осуществляется при помощи выражения:

Принимаем R = 0.2.

Определим ширину междурядья по формуле:

Тогда Ө = arctg 1.453 = 8º.

7 Построение теоретической тяговой характеристики энергосредства

Определяем частоту вращения двигателя на холостом ходу по формуле:

где n_н - номинальная частота вращения двигателя. Принимаем в расчётах n_н = 2000 об /мин.

Частота вращения при максимальном моменте определяется по формуле:

где а_об - коэффициент снижения частоты вращения. Из условия принимаем значение а_об = 0.65.

Определяем максимальный момент коленчатого вала двигателя:

где k_м - коэффициент приспособляемости.

Коэффициент приспособляемости можно определить по формуле:

Исходя из полученных числовых значений можно утверждать, что двигатель оснащён саморегулирующимся турбонагнетатилем.

Определяем мощность двигателя при максимальном моменте по формуле:

Часовой расход топлива при номинальной мощности определяется по формуле

где g_е - удельный расход топлива. Принимаем g_е = 236 г /кВт ∙ ч.

Определим часовой расход при максимальном моменте двигателя:

Часовой расход топлива на холостом ходу определяем по формуле:

Определяем силу сопротивления передвижению трактора по формуле:

Определяем тяговый КПД энергосредства по формуле:

где η_тр - КПД трансмиссии. Принимаем КПД трансмиссии для колёсного полноприводного трактора 0.85;

η_г - КПД двигателя. Принимаем для расчётов η_г = 0.95.

Значение знаменателя принимаем для расчётов равным 2500.

Рассчитаем значение η_спр и η_б для каждого усилия на крюке.

Рассчитанные данные заносим в таблицу.

Таблица 1 - Результаты расчёта

трактор мощность маневренность тяговая

Рисунок 1 - Теоретическая тяговая характеристика тяговой машины