Тяговий розрахунок трактору

Тяговий розрахунок трактору

Тяговий розрахунок трактору

1. Тяговий розрахунок трактора

1.1 Тяговий діапазон трактора

Трактор повинен бути розрахований на виконання всіх робіт, відповідно до його тягового класу і деяких робіт, віднесених до тягової зони сусіднього з ним попереднього класу. Тяговий діапазон трактора визначається за формулою:

, (1.1)

де  і - відповідно номінальне тягове зусилля (за завданням) і зусилля тяги трактора попереднього класу;

 - коефіцієнт розширення тягової зони трактора, рекомендується = 1,3.

1,3*40/30=1,73.,

Знаючи тяговий діапазон і номінальне тягове зусилля трактора, можна визначити його тягове зусилля на вищій передачі робочого ряду:

. (1.2)

.

1.2 Маса трактора

Маса трактора оцінюється його станом. Якщо трактор не має заправочних матеріалів, баласту і тракториста, то така маса називається конструктивною (). Повністю заправлений трактор з трактористом і баластом буде мати масу експлуатаційну ().

Експлуатаційну масу трактора визначають із наступного рівняння:

, (1.3)

де - номінальне тягове зусилля трактора за завданням, ;

 - допустима величина коефіцієнта використання зчіпної ваги трактора, для гусеничних -=0,6…0,65, для колісних 0,5…0,6;

- коефіцієнт навантаження ведучих коліс трактора, для гусеничних і 4К4 -= 1,0, а для типу 4К2 становить 0,75…0,8;

- коефіцієнт опору коченню, для гусеничних - = 0,08, а колісних 0,12;

 - прискорення вільного падіння.

,

Конструктивну масу трактора, визначають за формулою:

 (1.4)

Якщо розрахована  більша чим у прототипу, то в  включають необхідну масу баласту , щоб була не більшою, чим у прототипу.

1.3 Розрахунок номінальної потужності двигуна

Номінальна потужність двигуна визначається за формулою:

, кВт (1.5)

де  і  - відповідно номінальне тягове зусилля (Н) і розрахункова швидкість (км/год) (теоретична швидкість) на першій основній передачі, що відповідає номінальному тяговому зусиллю (за завданням);

 - експлуатаційна маса трактора (кг);

 - прискорення вільного падіння;

 - коефіцієнт експлуатаційного завантаження двигуна, =0,85;

 - ККД, що враховує втрати потужності у трансмісії і розраховують його за формулою:

, (1.6)

де  і  - ККД, що враховують втрати відповідно в циліндричних і конічних передачах під навантаженням, = 0,985…0,99; = 0,975…0,98;

 - ККД, що враховує втрати в трансмісії при холостому її прокручуванні,= 0,95…0,97;

 і  - числа пар відповідно циліндричних і конічних шестерень, що передають крутний момент на даній передачі, = 3..5, = 1.

ККД трансмісії  - величина змінна і зазвича дорівнює =0,88…0,93.

 кВт.

Для подальших розрахунків приймають , не меншу, чим у трактора прототипу. Приймаємо .

1.4 Розрахунок основних робочих швидкостей трактора

Величина швидкісного діапазону підраховується за формулою:

, (1.7)

де - коефіцієнт припустимої мінімальної завантаженості двигуна. Рекомендується приймати рівним 0,85… 0,9.

Для розрахунків вищої і проміжних швидкостей необхідно визначити знаменник геометричної прогресії «»:

, (1.8)

де z - число основних робочих передач (за завданням),

- вища робоча швидкість.

.

Останні швидкості

 (1.9)

Вища транспортна швидкість у геометричну прогресію не входить. Проміжну транспортну швидкість для колісних тракторів визначають за формулами:

 або (1.10)

 (1.11)

Для гусеничних тракторів обмежуються однією транспортною швидкістю.

1.5 Розрахунок передатних чисел трансмісії й коробки передач

Передатне число трансмісії колісного трактора на першій передачі визначається за формулою:

 (1.12)

де - номінальна частота обертання колінчастого вала, хв^-1;

- радіус кочення ведучого колеса трактора, м.

Радіус кочення ведучого колеса розраховується за формулою:

, м, (1.13)

де  і  - відповідно посадочний діаметр і ширина профілю шини в дюймах (вказані в її позначенні);

(0,8…0,85) - коефіцієнт деформування шини ведучого колеса.

Шини підбираються за допомогою додатку Д в залежності від навантаження на одне ведуче колесо або приймаються за трактора прототипу.

Для гусеничного трактора передатне число на першій передачі визначається за формулою:

, (1.14)

Решта передатних чисел трансмісії розраховується за формулою:

, ; і т.д. (1.15)

де  - знаменник геометричної прогресії.

. .

Знаючи розрахункові загальні передатні числа трансмісії на кожній передачі  і передатні числа шестерень з постійним зачепленням трактора-прототипу , визначають передатні числа коробки передач:

, ; і т.д. (1.16)

де  - передатне число шестерень з постійним зачепленням трактора прототипу (додатки А і В).

 (1.17)

де  - передатне число центральної передачі;

 - передатне число кінцевої передачі.

.

; ; .

1.6 Показники енергонасиченості і металоємності трактора

Енергонасиченість і металоємність є важливими параметрами, що характеризують рівень технічної досконалості в галузі тракторобудування.

Величину енергонасиченості і металоємності визначають за формулами:

, кВт/т. (1.18)

, кВт/т.

, кг/кВт. (1.19)

 кг/кВт.

2. Побудова потенційної тягової характеристики трактора

При експериментальному визначені (за стандартною методикою) і теоретичному аналізі тягових показників трактора використовується таке спрощене рівняння балансу потужності:

, (2.1)

де - ефективна потужність, яку розвиває двигун;

- потужність, яка втрачається у трансмісії;

 - потужність, що втрачається на буксування рушіїв;

 - потужність, що втрачається на подолання опору коченню;

 - тягова потужність.

Це рівняння відповідає рівномірному руху трактора по горизонтальному полю на робочій (основній) передачі. При цьому тягове зусилля прикладене так, що лінія його дії горизонтальна і розміщена у поздовжній вертикальній площині симетрії трактора.

Наочне уявлення про баланс потужності трактора за рівнянням (2.1) дає його потенційна тягова характеристика (рис. 2.1).

Потенційну тягову характеристику трактора будують у такій послідовності.

У координатах  проводять лінію номінальної потужності двигуна  (рис. 2.1).

Обчислюють втрати потужності у трансмісії за формулою:

 (2.2)

і відкладають її у масштабі N вниз від лінії , внаслідок чого одержують лінію .

За результатами тягових випробувань або на основі емпіричних залежностей будують допоміжну криву коефіцієнта буксування . Професором Б.Я. Гінцбургом встановлена залежність коефіцієнта буксування колісних і гусеничних тракторів від безрозмірного параметра р:

Рис. 2.1. Потенційна тягова характеристика трактора

, (2.3)

де - відносна сила тяги трактора, яка визначається за формулою:

, (2.4)

де - коефіцієнт зчеплення заданого агрофону (для виораного поля приймаємо =0,7 за додатком В);

 - вага трактора експлуатаційна ().

.

Безрозмірні коефіцієнти а, , с залежать від типу трактора і ґрунтових умов. Для колісних тракторів приймають: а =0,2; b =0,8; с =8. Для гусеничних тракторів: а =0,04; b =0,5; с =8.

.

Тягове зусилля трактора  для потенційної тягової характеристики приймається в наступних значеннях 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; ; 1,2; 1,4 ; 1,5. Ці значення  занести до таблиці 2.1.

Після визначення коефіцієнта буксування обчислюють втрати потужності на буксування за формулою:

, (2.5)

де- потужність, що відводиться до ведучих коліс (= -).

,

Втрати потужності на буксування відкладають вниз від лінії  і з'єднують плавною кривою.

Потім визначають теоретичну швидкість трактора, користуючись співвідношенням:

 (2.6)

де - теоретична швидкість трактора, км/год;

- дотична сила тяги, кН:

 (2.7)

де  - сила опору коченню, ;

- коефіцієнт опору коченню, для завданого агрофону - поле виоране, приймаємо =0,1 (додаток В).

. (2.8)

Значення теоретичної швидкості трактора заносять до таблиці 2.1 і будують відповідну криву, на потенційній тяговій характеристиці.

Втрати потужності на кочення трактора обчислюють за формулою:

, (2.9)

де - дійсна швидкість трактора, км/год.

. (2.10)

.

Розрахувавши втрати потужності на кочення трактора для ряду точок, відкладають їх у масштабі N вниз від кривої, що з'єднує точки втрати потужності на буксування.

Таблиця 2.1. Потенційна тягова характеристика трактора

3. Розрахунок і побудова регуляторної характеристики двигуна

Регуляторна характеристика показує зміну ефективної потужності, крутного моменту, питомої і годинної витрат палива у функції від частоти обертання колінчастого вала двигуна.

Беручи різні значення частот обертання колінчастого вала двигуна з інтервалом 100…200 хв^-1 менше номінальної величини (за завданням), визначають поточні значення  потужності двигуна на без регуляторній вітці характеристики за емпіричною формулою:

, (3.1)

де  і  - поточне і номінальне значення частоти обертання колінчастого вала двигуна;

;  - для дизелів з безпосереднім впорскуванням палива;

; - для дизелів з вихру камерним сумішоутворенням.

і - індекс режиму роботи двигуна.

На регуляторній вітці характеристики приймають зміну потужності  за законом прямої лінії від =0 до .

Для визначення частоти обертання колінчастого вала двигуна на холостому ході, коли =0, користуються формулою:

, хв^-1 (3.2)

де  - коефіцієнт нерівномірності регулятора, для сучасних тракторних двигунів приймають = 0,07…0,08.

, хв^-1.

Частоту обертів холостого ходу двигуна округлюють (останні цифри 00, 50 і як випадок 0). Приймаємо  хв^-1.

Знаючи потужність і частоту обертання колінчастого вала двигуна, визначають крутний момент  за формулою:

, кН·м (3.3)

де  - частота обертання колінчастого вала відповідно потужності двигуна.

 кН·м

За питомою витратою палива при номінальній потужності двигуна  визначають максимальну годинну витрату палива за формулою:

, кг/год. (3.4)

 кг/год.

Для холостого ходу двигуна приймають

 кг/год. (3.5)

 кг/год.

Проміжні точки годинної витрати палива на регуляторній вітці від  до  приймають за законом прямої лінії і визначають за формулою:

= - ( - ) ( - )/ ( - ) кг/год. (3.6)

де - прийнята частота обертів на регуляторній вітці.

=18,86 - (18,86-4,75)*(1610-1600)/(1700-1600)=17,45 кг/год.

За годинною витратою палива і відповідною потужністю двигуна на регуляторній вітці, визначають питомі витрати палива за формулою:

, г/кВт·год. (3.7)

 г/кВт·год.

Крива питомої витрати палива піднімається вгору при зниженні навантаження двигуна.

Питому витрату палива на без регуляторній вітці при максимальному крутному моменті двигуна (точка 1) приймають на 5…10% більше, ніж при номінальній потужності (точка 4). Проміжні точки питомої витрати палива (точки 2 і 3) можна прийняти аналогічно дослідним даним відповідних двигунів, або з’еднавши прямою лінією точки 1 і 4.

Знаючи питому витрату палива на без регуляторній вітці, визначають відповідну годинну витрату палива  за формулою:

, кг/год (3.8)

, кг/год

Результати розрахунків показників роботи двигуна заносять до таблиці 3.1. для побудови регуляторної характеристики.

Рис. 3.1. Регуляторна характеристика двигуна

Обов'язковими розрахунковими точками на регуляторній вітці характеристики будуть точки 5,6,7 (рис. 3.1.), у яких значення потужності відповідно дорівнює 0,9, 0,8 і 0,5. Значення параметрів у розрахункових точках 5, 6, і 7 заносять до таблиці. Ділянку характеристики, що розташована зліва від точки (точка, де крутний момент має максимальне значення), слід вважати не робочою.

Таблиця 3.1. Регуляторна характеристика двигуна

Рис. 3.2. Навантажувальна характеристика двигуна

Регуляторна характеристика, побудована у функції від частоти обертання, не зручна для користування, оскільки регуляторна вітка розташована на малому відрізку вісі абсцис. Тому регуляторні характеристики тракторних двигунів, будуються у функції від ефективної потужності (рис. 3.2).

4. Розрахунок і побудова теоретичної тягової характеристики трактора

Визначивши основні конструктивні й економічні параметри тракторного двигуна і трактора в цілому, розраховують і будують теоретичну тягову характеристику трактора.

Теоретичний розрахунок і графічну побудову теоретичної тягової характеристики трактора виконують у такій послідовності: на аркуші міліметрового або креслярського паперу наносять на нижній його частині вісі координат з повернутою віссю ординат вниз. Потім по вісі абсцис від початку координат О¹ у прийнятому масштабі відкладають для кожної передачі максимальну дотичну силу тяги, що підрахована за формулою:

                                            (4.1)

і номінальну

                                       (4.2)

де  - максимальний крутний момент двигуна (табл. 3.1);

- крутний момент двигуна при номінальній частоті обертання колінчастого вала (табл. 3.1);

 - передатне число трансмісії;

 - ККД, що враховує втрати потужності у трансмісії;

 - радіус кочення ведучого колеса.

Дотична сила тяги трактора прямо пропорційна крутному моменту двигуна, тому по вісі абсцис від точки О¹ для кожної передачі у прийнятому масштабі наносяться крутні моменти двигуна і  відповідно дотичним силам тяги  і .

Потім по вісі ординат вниз наносяться масштабні шкали ефективної потужності , годинної витрати палива  і частоти обертання колінчастого вала  двигуна з таким розрахунком, щоб графіки у регуляторній зоні не перетинались. Потім будують залежності ,  і  від  використовуючи проведені вертикалі і дані табл. 3.1.

Після побудови навантажувальної характеристики визначають силу опору коченню за формулою:

, (4.3)

де - коефіцієнт опору коченню для заданого агрофона (додаток В);

- експлуатаційна вага трактора.

Величину сили опору коченню  відкладають по вісі абсцис вправо від точки О¹ до точки О, у масштабі дотичної сили .

Одержана точка О буде початком координат безпосередньо тягової характеристики трактора. По вісі абсцис у масштабі дотичної сили від точки О відраховується сила тяги на гаку трактора, і визначається вона за формулою:

, (4.4)

де  - тягове зусилля на гаку трактора.

,

По вісі ординат вгору будуються у своїх масштабах тягові показники трактора - буксування рушіїв , швидкості руху , тягові потужності на гаку , питому витрату палива  і тяговий ККД .

Величина коефіцієнта буксування підраховується за формулами (2.3; 2.4). Він являється спільним для всіх передач трактора.

Потім для кожної передачі визначають швидкість руху при  (холостий хід трактора) за формулою:

, км/год (4.5)

де  - частота обертання колінчастого вала при холостому ході трактора (визначається з нижньої частини тягової характеристики).

 км/год.

Знаючи величину буксування і частоту обертання колінчастого вала, підраховують для кожної передачі робочі швидкості руху за формулою:

, км/год (4.6)

, км/год

За обчисленою швидкістю руху трактора , що працює на даній передачі, і відповідною силою тяги на гаку розраховуємо тягову потужність :

, кВт (4.7)

 кВт.

Для оцінки паливної економічності трактора визначають питомі витрати палива за формулою:

, г/кВт·год (4.8)

 г/кВт·год

де  - відповідні годинні витрати палива по нижній частині графіка тягової характеристики трактора, кг/год.

Тяговий ККД трактора розраховується для однієї із передач за формулою:

 (4.9)

де  - тягова потужність трактора у обраній точці;

- ефективна потужність, яку розвине при цьому двигун.

Перевірку  провести для  обраної передачі за формулою:

, (4.10)

де  - ККД, що враховує втрати потужності у трансмісії;

 - ККД, що враховує втрати потужності на буксування.

Якщо розрахунок за двома формулами виконаний вірно, то результати розрахунків повинні збігатися або бути близькими.

Список літератури

1. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основн теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат, 1986.-383 с.

2. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Колос. 1972. - 384 с.

3. Водяник І.І. Експлуатаційні властивості тракторів і автомобілів. К.: Урожай, 1994. - 224 с.

4. Гуськов В.В. Тракторы. Ч. II. Теория. Минск: Вышейшая школа, 1977». - 384 с.

5. Литвинов А.С. Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств. М: Машиностроение, 1989. - 240 с.

6. Гуськов В.В. и др. Тракторы. Теория. М.: Машиностроение, 1989.-376 с.

7. Руденко В.А., Саєнко А.В. Тяговий розрахунок трактора. Методичні вказівки до виконання курсового проекту. Суми: СНАУ, 2011. - 27 с.

8. Руденко В.А. Методичні вказівки для виконання курсової роботи з дисципліни «Трактори і автомобілі». Суми: СДАУ, 1999. - 33 с.

9. Руденко В.А. Тяговий розрахунок і паливна економічність автомобіля. Методичні вказівки для виконання курсової роботи. Суми: СДАУ, 2001. - 30 с.

10. Руденко В.А. Тяговий расчет трактора. Методические указания. Сумы: ИПП «Мрия-1» ЛТД, 1995. - 36 с.

11. Руденко В.А. Динамический расчет и топливная экономичность автомобиля. Методические указания. Сумы: 1987. - 17 с.

12. Войтюк Д.Г., Дацишин О.В., Колісник В.С. та ін. Дипломне та курсове проектування. К.: Урожай, 1996. - 192 с.

тяговий трактор трансмісія потужність