Расчет колесного трактора 4К2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

При проектировании тракторов необходимо правильно выбрать основные их параметры. Данную задачу можно решить с помощью тягового расчета проектируемого трактора.

В тяговых характеристиках, построенных на основе тягового расчета, наиболее полно отражается взаимосвязь различных параметров трактора: передаточными числами, тяговыми, скоростными и топливно-экономическими показателями.

Тяговый расчет позволяет определить, как влияет изменение основных параметров трактора на его тяговые показатели.

Тяговый расчет выполняется при условиях установившегося прямолинейного поступательного движения трактора по горизонтальной опорной поверхности; Номинальную силу тяги трактор должен развивать на невзлущенной стерне нормальной влажности (примерно 15-18%) и средней твердости (на черноземе или суглинке); буксование ведущих колес не должно превышать 18%.



Проектировочный тяговый расчет трактора 4К2

1.1 Задаем значение номинального усилия на крюке, которое должно быть обеспечено. Р_крн =1,4 кН

1.2 Принимаем значение коэффициента нагрузки на ведущие колеса на номинальном режиме работы трактора л_кн=0,4. Коэффициент нагрузки на передние колеса л_пн=0,6.

1.3 Принимаем значения геометрических характеристик трактора:

Базы L=2,7 м

Высоты точки приложения крюковой силы P_кр над опорной поверхностью:

h_кр=0,3 м

Колеи В=2,0 м

1.4 Выбираем число рабочих передач - 5,

число транспортных передач - 2.

2. Определяем эксплуатационную массу трактора т_э, включающую конструктивную массу т_к, массу ГСМ, балласта, охлаждающей жидкости, части или всей агрегатируемой машины, навешиваемой на трактор, а также водителя:

, т(1)

, т(2)

где Дlim - коэффициент возможной перегрузки, Дlim=1,35;

л₁ - коэффициент нагрузки на ведущие колеса, л₁=0,4;

ц_доп - допустимое значение коэффициента сцепления по агротехническим требованиям, ц_доп=0,75;

f_с - коэффициент сопротивления качению трактора, f_с=0,08;

g - ускорение свободного падения, g = 9,8м/с².

т

3. Определяем коэффициенты нагрузки на задние и передние колеса трактора в статике, т.е. для неподвижно стоящего трактора:

(3)

4. Определяем эффективную мощность двигателя проектируемого трактора, необходимую для движения трактора без переключения передач:

, кВт(4)

где V_д - действительная скорость движения агрегата, V_д=2,7 м/с;

ч_э - коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя, ч_э=0,85;

з_тр - механический КПД трансмиссии, з_тр=0,88;

з_r - КПД, учитывающий потери в движителе, з_r=0,94;

д_доп - допустимое значение буксования, д_доп=0,16.

кВт

Считаем, что полученное значение эффективной мощности N_e есть номинальная мощность N_н двигателя.

5. Округляем полученное значение N_н до большего целого числа. N_н=90 кВт.

Для дальнейших расчетов необходимо иметь данные по регуляторной характеристике. При отсутствии экспериментальных данных ее можно получить расчетным путем.

5.1 Задаем номинальное число оборотов двигателя п_н: п_н=1800 об/мин;

5.2 Задаем минимальное число оборотов устойчивой работы двигателя п_min: п_min=500 об/мин;

5.3 Определяем число оборотов холостого хода п_хх:

п_хх=К_нр•п_н, об/мин(5)

где К_нр - коэффициент неравномерности регулятора двигателя, К_нр=1,1

п_хх=1,1·1800=1980 об/мин

5.4 Предположим, что зависимости эффективной мощности N_e, крутящего момента М_е, часового расхода топлива G_Te от оборотов двигателя п_е на регуляторном участке п_н?п_е?п_хх представляют прямые пропорциональности. Задаем число точек на регуляторной ветви характеристики N и определяем значения оборотов в каждой точке n_ej:

, об/мин(6)

где j=1,2,3,4.

,

При j=Nп_еj=n_н, об/мин (7)

п_е1=1980-60·(1-1)=1980 об/мин;

п_е2=1980-60·(2-1)=1920 об/мин;

п_е3=1980-60·(3-1)=1860 об/мин;

п_е4=п_н=1800 об/мин.

5.5 Для каждого значения оборотов п_еj находим на регуляторном участке соответствующее значение эффективной мощности:

, кВт(8)

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

5.6 Определяем соответствующие эффективные крутящие моменты :

, кН•м(9)

кН·м;

кН·м;

кН·м;

кН·м.

5.7 Находим значение часового расхода топлива в каждой выбранной точке регуляторной ветви:

, кг/ч(10)

где g_н - удельный расход топлива при номинальном режиме работы двигателя, g_н=220 г/(кВт•ч);

К_Т - коэффициент пропорциональности, К_Т=0,2 г/(кВт•ч).

G_Te1=0,001·220·90-0,2·(90-0)=1,8 кг/ч;

G_Te2=0,001·220·90-0,2·(90-30)=7,8 кг/ч;

G_Te3=0,001·220·90-0,2·(90-60)=13,8 кг/ч;

G_Te4=0,001·220·90-0,2·(90-90)=19,8 кг/ч;

Часовой расход топлива на холостом ходу дизельного двигателя составляет примерно 23% от расхода топлива при нормальной мощности на регуляторе. На холостом ходу топливо затрачивается на создание мощности, идущей на компенсацию внутренних потерь в двигателе. При этом эффективная мощность N_e=0.

5.8 Определяем соответствующее значения удельных расходов топлива:

, г/(кВт•ч)(11)

;

г/(кВт·ч);

г/(кВт·ч);

г/(кВт·ч).

5.9 Задаем число точек на безрегуляторной ветви характеристики двигателя М. М=5.

Определяем числа оборотов в j-тых точках:

п_еj=п_н-В(j-N), (12)

где j=N,(N+1),(N+2)…(N+M-1);

При j=(N+M-1)n_ej?n_min

п_е5=1800-325·(5-4)=1475 об/мин;

п_е6=1800-325·(6-4)=1150 об/мин;

п_е7=1800-325·(7-4)=825 об/мин;

п_е8=1800-325·(8-4)=500 об/мин.

5.10 Для каждой j-той точки безрегуляторной ветви определяем эффективную мощность N_ej:

, кВт(13)

5.11 Соответствующие значения эффективного крутящего момента М_еj определяется по формуле (9).

5.12 Удельный расход топлива на безрегуляторной ветви характеристики вычисляется по эмпирической формуле:

, г/(кВт•ч)(14)

5.13 Часовой расход топлива на безрегуляторной ветви:

, кг/ч(15)

G_Te5=0,001·209·82,93=17,33 кг/ч;

G_Te6=0,001·213·68,07=14,50 кг/ч;

G_Te7=0,001·231·48,59=11,22 кг/ч;

G_Te8=0,001·263·27,67=7,28 кг/ч.

Расчетные данные должны быть сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Обороты двигателя, об/мин	Эффективная мощность, кВт	Крутящий момент, кН•м	Часовой расход топлива, кг/ч	Удельный расход топлива, г/(кВт•ч)
1980	0	0	1,8	?
1920	30	0,149	7,8	260
1860	60	0,308	13,8	230
1800	90	0,478	19,8	220
1475	82,93	0,537	17,3	209
1150	68,07	0,566	14,5	213
825	48,59	0,563	11,2	231
500	27,67	0,529	7,3	263

6. Определяем величину касательной силы тяги при номинальном режиме работы трактора:

Р_кн=Р_крн+т_э•g•f_c ,кН(16)

Р_кн=1,4·9,8+8,59·9,8·0,08=20,45 кН.

7. Выбираем большее из значений коэффициентов л_кст; л_кн и л_пст; л_пн. Зная эксплуатационную массу, по грузоподъемности на основании справочных данных подбираем соответствующие пневматические шины.

Максимально необходимая грузоподъемность шины:

, кН(17)

где п - число колес на оси трактора, п=2.

Выбираем шины ФД-14А. Ширина шины b=530мм, диаметр шины d=610мм.

Определяем динамический радиус пневматической шины по эмпирической формуле для задних ведущих колес

r_д =[0,5d +(0,80 ч0,85)в]•10^-3, м;(18)

где d - наружный диаметр обода, на который надевается шина, мм;

в - ширина профиля покрышки, мм.

r_д=(0,5·610+0,8·530)·10^-3=0,729м

8. Определяем передаточное число низшей передачи рабочего диапазона скоростей i_р1:

,(19)

9. Для большинства тракторов отношение максимальной касательной силы тяги к минимальной из диапазона тяговых сил трактора, которые необходимо обеспечить, лежит в пределах:

;(20)

следовательно

10 Передаточные числа диапазона рабочих скоростей тракторов, оборудованных ступенчатыми коробками передач, подбирают по закону геометрической прогрессии. Определяем знаменатель геометрической прогрессии для рабочего диапазона скоростей q_p равный минимальному коэффициенту нагрузки двигателя ч_min:

,(21)

где п - число передач.

11. Определяем передаточные числа на каждой i - той передаче из имеющихся п - передач:

трактор тяговый скоростной топливный

,(22)

i_p1=0,903^1-1·37,7=37,7;

i_p2=0,903^2-1·37,7=34,04;

i_p3=0,903^3-1·37,7=30,74;

i_p4=0,903^4-1·37,7=27,76;

i_p5=0,903^5-1·37,7=25,07.

12. Определяем передаточные числа трансмиссии для транспортного диапазона скоростей

12.1 По условиям комфортности, которая может быть обеспечена подвеской проектируемого трактора, назначаем максимальную скорость на транспортных работах (без учета буксования), V_TPmax=8 м/с

12.2 Определяем передаточное число трансмиссии, соответствующее максимальной транспортной скорости:

,(23)

12.3 Определяем первую транспортную скорость:

, м/с(24)

где - скорость трактора на высшей передаче рабочего диапазона.

12.4 Определяем передаточное число трансмиссии для обеспечения первой транспортной скорости:

,

13. Определяем касательную силу тяги для различных передач при всех значениях крутящих моментов двигателя в выбранных точках регуляторной характеристики:

, кН(27)

14. Задаем почвенный фон, для которого необходимо провести расчет. Фон - стерня. По справочным данным определяем значение максимального коэффициента сцепления ц_max и коэффициента сопротивления качению f. ц_max=0,06; f=0,08.

15. Определяем коэффициент запаса сцепления:

, (28)

при К_с?0 сцепление не нарушено;

при К_с<0 сцепление движителей с поверхностью не обеспечено.



16. Определяем тяговое усилие, соответствующее каждому значению Р_к(i,j):

, кН(29)

Если Р_кр(i,j)<0, то Р_кр(i,j) приравнивается к нулю и вводится сообщение «Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме».

17. Определяем буксование:

,(30)

где ц_крmax=0,7;

А=0,756;

В=8,82;

,(31)

если Р_кр(i,j)?0 то д_(i,j)=0.

18. Определяем теоретические скорости движения трактора:

, м/с(32)

19. Определяем действительные скорости:

, м/с(33)

V_д(1,3)=3,76·(1-0,070)=3,5м/с;

V_д(1,4)=3,64·(1-0,154)=3,08м/с;

V_д(1,5)=2,99·(1-0,207)=2,37м/с;

V_д(1,6)=2,33·(1-0,244)=1,76м/с;

V_д(1,7)=1,67·(1-0,239)=1,27м/с;

V_д(1,8)=1,01·(1-0,198)=0,81м/с.

20. Тяговая мощность трактора равна:

, кВт(34)

N_кр(1,3)=6,45·3,5=22,58кВт;

N_кр(1,4)=13,72·3,08=42,26кВт;

N_кр(1,5)=16,24·2,37=38,49кВт;

N_кр(1,6)=17,48·1,76=30,76кВт;

N_кр(1,7)=17,35·1,27=22,03кВт;

N_кр(1,8)=15,9·0,81=12,88кВт.

21. Определяем тяговый КПД:

,(35)

22. Удельный крюковой расход топлива:

, г/(кВт·ч)(36)



Аналогичные расчеты проводятся для других передач. Полученные данные заносятся в сводную таблицу. По данным таблицы строится тяговая характеристика.



Заключение

Проведенный тяговый расчет позволил определить основные показатели проектируемого трактора: максимальное тяговое усилие составляет 17,48 кН на первой передаче при оборотах двигателя 1150 об/мин, при этом буксование ведущих колес равно 24,4%, скорость движения трактора 1,76 м/с, удельный тяговый расход топлива 471 г/(кВт·ч).

Максимальная скорость при выполнении транспортных работ составляет 7,67 м/с. Максимальный тяговый КПД составляет 0,47.

Тяговые показатели трактора 4К2 на 1 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 37,37

Обороты двигателя	Касатель-ная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теоретич. скорость	Действит. скорость	Тяговая мощность	Удельный тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	13,18	6,45	0,070	3,76	3,50	22,58	611	0,376
1800	20,45	13,72	0,154	3,64	3,08	42,26	469	0,470
1475	22,97	16,24	0,207	2,99	2,37	38,49	449	0,464
1150	24,21	17,48	0,244	2,33	1,76	30,76	471	0,452
825	24,08	17,35	0,239	1,67	1,27	22,03	508	0,453
500	22,63	15,9	0,198	1,01	0,81	12,88	567	0,465

Тяговые показатели трактора 4К2 на 2 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 34,04

Обороты двигателя	Касатель-ная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теоретич. скорость	Действит. скорость	Тяговая мощность	Уд. тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	11,90	5,17	0,060	4,17	3,92	20,27	681	0,338
1800	18,46	11,73	0,125	4,03	3,53	41,36	479	0,460
1475	20,74	14,01	0,159	3,31	2,78	39,00	444	0,470
1150	21,86	15,13	0,181	2,58	2,11	31,97	454	0,470
825	21,75	15,02	0,178	1,85	1,52	22,84	490	0,470
500	20,43	13,70	0,154	1,12	0,95	12,98	562	0,469

Тяговые показатели трактора 4К2 на 3 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 30,74

Обороты двигателя	Касатель-ная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теоретич. скорость	Действит. скорость	Тяговая мощность	Удельный тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	10,74	4,01	0,051	4,62	4,38	17,58	785	0,293
1800	16,67	9,94	0,104	4,47	4,01	39,81	497	0,442
1475	18,73	12,00	0,128	3,66	3,19	38,30	452	0,462
1150	19,74	13,01	0,143	2,85	2,44	31,78	456	0,467
825	19,64	12,91	0,141	2,05	1,76	22,73	493	0,468
500	18,45	11,72	0,125	1,24	1,09	12,72	574	0,460

Тяговые показатели трактора 4К2 на 4 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 27,76

Обороты двигателя	Касательная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теорети-ческая скорость	Действи-тельная скорость	Тяговая мощность	Удельный тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	9,70	2,97	0,044	5,11	4,89	14,51	951	0,242
1800	15,06	8,33	0,087	4,95	4,52	37,65	526	0,418
1475	16,92	10,19	0,106	4,05	3,62	36,89	469	0,445
1150	17,83	11,10	0,117	3,16	2,79	30,97	468	0,455
825	17,73	11,00	0,116	2,27	2,01	22,07	507	0,454
500	16,66	9,93	0,104	1,37	1,23	12,19	599	0,441

Тяговые показатели трактора 4К2 на 5 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 25,07

Обороты двигателя	Касательная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теорети-ческая скорость	Действи-тельная скорость	Тяговая мощность	Удельный тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	8,76	2,03	0,038	5,66	5,44	11,05	1249	0,184
1800	13,60	6,87	0,074	5,48	5,07	34,86	568	0,387
1475	15,28	8,55	0,089	4,49	4,09	34,97	495	0,422
1150	16,10	9,37	0,098	3,50	3,16	29,58	490	0,435
825	16,02	9,29	0,097	2,51	2,27	21,06	532	0,433
500	15,05	8,32	0,087	1,52	1,39	11,55	632	0,417

Тяговые показатели трактора 4К2 на 6 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 20,75

Обороты двигателя	Касательная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теорети-ческая скорость	Действи-тельная скорость	Тяговая мощность	Удельный тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	7,25	0,52	0,028	6,84	6,65	3,46	3988	0,058
1800	11,25	4,52	0,055	6,62	6,26	28,28	700	0,314
1475	12,64	5,91	0,066	5,42	5,06	29,92	578	0,361
1150	13,33	6,60	0,071	4,23	3,93	25,94	559	0,381
825	13,26	6,53	0,071	3,03	2,81	18,38	609	0,378
500	12,46	5,73	0,064	1,84	1,72	9,87	740	0,357



Тяговые показатели трактора 4К2 на 7 передаче

Фон - Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 17,17

Обороты двигателя	Касательная сила тяги	Тяговое усилие	Буксова-ние	Теорети-ческая скорость	Действи-тельная скорость	Тяговая мощность	Удельный тяговый расход топлива	Тяговый КПД
об/мин	кН	кН		м/с	м/с	кВт	г/(кВт·ч)
1980	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1920	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1860	Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме
1800	9,31	2,58	0,041	8,00	7,67	19,79	1000	0,220
1475	10,46	3,73	0,049	6,55	6,23	23,23	745	0,280
1150	11,03	4,30	0,053	5,11	4,84	20,81	697	0,306
825	10,97	4,24	0,053	3,67	3,48	14,74	760	0,303
500	10,31	3,58	0,048	2,22	2,11	7,57	964	0,273

Размещено на Allbest.ru