Считая, что при равномерном движении на горизонтальном поле

Р_к = Р_кр + Р_f, Н

Силу тяги на крюке можно определить

Р_кр = , Н

2.2.4. Программа для расчета передаточных чисел трансмиссии и текущих значений силы тяги на крюке.

До начала вычислений необходимо:

1. Определить частоту вращения коленчатого вала двигателя n`, соответствующую мощности ХN_еН на регуляторной ветви характеристики.

2. Подобрать шины для колесного трактора и рассчитать радиус ведущего колеса.

3. Выбрать восемь значений аргумента М_е.

2.1. Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора.

Тяговая характеристика дает наглядное представление о тяговых и топливно-экономических показателей трактора. Она строится в функции силы тяги на крюке для установившегося режима работа тракторного агрегата на горизонтальном поле и относится к определенному почвенному фону. Обычно характеристика строится для нескольких наиболее типичных почвенных фонов.

При выполнении курсовой работы тяговая характеристика строится для одного почвенного фона (необработанная стерня нормальной влажности и средней плотности). Построение производится на листе чертежной бумаги формата А24, который делится двумя взаимно-перпендикулярными линиями на четыре части таким образом; чтобы ось абсцисс проходила несколько ниже середины листа, а ось ординат сдвинута влево (Рис. 5). При этом принимаем следующие допущения:

1.Коэффициент сопротивления качению сохраняет неизменное значение на всех режимах работы.

2.Механические КПД трансмиссии имеет постоянное значение независимо от степени загрузки двигателя и номера включенной передачи.

2.3.1.Построение регуляторной характеристики двигателя.

Регуляторная характеристика n= f(М_е), N_е=f(М_е) и G_т= f(М_е) строится в нижнем левом квадрате тяговой характеристики, От начала координат 0 по оси ординат вниз в выбранном масштабе откладывается крутящий момент двигателя, по оси абсцисс влево – частота вращения, мощность и часовой расход топлива, Числовые значения параметров приведены в табл.2. Построение безрегуляторной ветви характеристики ограничивает максимальным значением крутящего момента двигателя.

2.3.2.Построение лучей касательной силы тяги.

Лучи касательной силы тяги строятся в правом нижнем квадрате тяговой характеристики. Ось абсцисс вправо от начала координат будет представлять в выбранном масштабе силу тяги на крюке. Влево от начала координат в том же масштабе откладываются сила сопротивления качению Р_f и полученная точка обозначается 0₁. Таким образом, ось абсцисс с началом координат в точке 0₁ будет являться осью касательной силы тяги Р_к. Отложив по одному значению силы тяги на крюке Р_кр при соответствующем значении крутящего момента М_е для каждой передачи, проводят через полученные точки прямые линии из начала координат 0_1. Справа лучи касательной силы ограничивают либо максимальным значением крутящего момента М_{е max}, либо буксованием трактора на месте, = 1.

2.3.3. Построение зависимости буксования от силы тяги на крюке.

Иногда для этой цели берется реальная кривая буксования трактора-прототипа. Прототипом может служить только такой трактор, у которого при полной идентичности типа и конструктивных параметров движителя эксплуатационная, а главным образом сцепная, масса равна соответствующей массе проектируемого трактора (отличие не должно превышать 5%). Кроме того кривая буксования выбирается по почвенному фону, влажности и плотности почвы.

Расчетный способ построения зависимости основан на применении эмпирических формул, полученных путем статистической обработки опытных данных. Для этого можно использовать формулу д. Т. н. У.Н. Трепененкова.

= ,

где _кр - текущее значение коэффициента использования сцепной массы;

_кр=

с, d –коэффициенты;

к – показатель степени.

С d к

Колесный трактор 0,246 3,06 3

Гусеничный трактор 0,0333 1,377 2

Для гусеничных и колесных тракторов 4 4 сцепная масса равна эксплуатационной. У колесных тракторов 4 2 сцепная масса изменяется в зависимости от нагрузки на крюке и сопротивления качению

кr,

где m₂ – масса, нагружающая ведущие колеса при статическом положении трактора (принимается по прототипу);

h_кр = 0,4 м – высота точки прицепа;

L – продольная база трактора (принимается по прототипу)

Формула Н.Н. Трепененкова предназначена для расчета буксования трактора на стерне нормальной влажности и средней плотности. В пределах до _гус= 0,3 и _кол= 0,4 погрешность в несовпадении расчетной и эмпирической кривых не превышает 4%. Зависимость = f (Р_кр) строится в правом верхнем квадрате характеристики.

2.3.4. Построение лучей теоретических скоростей движения.

Лучи теоретических скоростей движения строятся в левом верхнем квадрате характеристики с использованием формулы

м/с.

Величину теоретической скорости движения на холостом ходу трактора определяют графически. Для этого точку пересечения луча касательной силы тяги какой-либо передачи с осью крутящего момента (Р_кр=0) проецируют на зависимость n = f (М_е) и далее на луч теоретической скорости движения данной передачи.

2.3.5. Построение зависимости действительной скорости движения от силы тяги на крюке.

Величина действительной скорости движения определяется выражением

V_g= V_т (1- ) м/с

Зависимости V_g= f (Р_кр) для различных передач строятся в правом верхнем квадрате характеристики.

2.3.6. Построение зависимости тяговой мощности от силы на крюке.

Величина тяговой мощности рассчитывается по формуле

N _кр = Р_кр V_g 10^-3 кВт.

Зависимости N _кр = f(Р_кр) для различных передач строятся в правом верхнем квадрате характеристики.

2.3.7. Построение зависимости G_т = f(Р_кр).

Из начала координат 0₁ восстанавливается перпендикуляр к оси абсцисс и на нем вверх откладывается отрезок, равный в выбранном масштабе часовому расходу топлива на холостом ходу двигателя. Задаваясь значением силы тяги на крюке, проецируют данную точку на луч касательной силы тяги какой –либо передачи и далее на зависимость G_т = f(М_е). Полученный часовой расход топлива откладывается на ординате, соответствующей выбранному значению силы тяги на крюке. Зависимость G_т = f(Р_кр) строится в правом верхнем квадрате характеристики.

2.3.8. Построение зависимости g_кр = f(Р_кр).

Величина удельного тягового расхода топлива определяется выражением

г/кВт ч

Зависимости g_кр = f(Р_кр) для различных передач строятся в правом верхнем квадрате характеристики.

2.3.9. Построение зависимости .

Величина тягового КПД трактора рассчитывается по формуле

Величину эффективной мощности находят графически, проецируя значения Р_кр на луч Р_к соответствующей передачи и далее на зависимость N_е = f (М_е). Кривая строится в правом нижнем квадрате характеристики.

2.2. Анализ тяговой характеристики трактора.

В заключении выполнения тягового расчета трактора необходимо оценить:

1. Соответствие расчетных параметров проектируемого трактора заданию на проектирование.

2. Сравнивать параметры проектируемого трактора с трактором

прототипом.

3. По графику теоретической тяговой характеристики определить:

- величину буксования при номинальной силе тяги на крюке,

- тяговый диапазон трактора,

- максимальное значение тягового КПД трактора и соответствующую ему силу тягового сопротивления,

- максимальное значение тяговой мощности и соответствующее ей тяговое сопротивление (предварительно необходимо провести огибающую кривых) N_кр= f(Р_кр) для всех передач

- минимальный тяговый расход топлива,

- часовой расход топлива при номинальной силе тяги на крюке

3.Динамический расчет автомобиля.

Задачей динамического расчета автомобиля является определение основных параметров двигателя и трансмиссии, обеспечивающих ему выполнение эксплуатационного задания по перевозке груза с определенной скоростью движения в конкретных дорожных условиях. Иногда динамический расчет производится с целью установления возможности использования существующего автомобиля в конкретных дорожных условиях в качестве тягача.

Исходные данные для расчета:

1. Тип автомобиля.

2. Грузоподъемность m_е или пассажиров вместимость n_е.

3. Коэффициент сопротивления качению f₀.

4. Максимальная скорость движения V_max м/с.

5. Максимальное значение приведенного коэффициента дорожного сопротивления .

6. Число передач m.

3.1. Определение массы автомобиля, мощности двигателя и расчет скоростной характеристики двигателя.

3.1.1. Определение полной массы автомобиля.

Полную массу автомобиля рассчитывают по формуле

m_а = m_е + m₀ + m_вод к2,

где m_е = 75 n_е – легковой автомобиль;

m_е = 80 n_е – автобус городского типа;

m_е = 90 n_е – междугородный автобус;

m₀ - собственная масса автомобиля;

m₀ = ,

-коэффициент грузоподъемности автомобиля;

=0,25...0,45 – легковой автомобиль;

=0,45...0,90 – автобус;

=0,90...1,20 – грузовой автомобиль;

m_вод= 75 кг – масса водителя. При наличии на автомобиле экспедитора и пр. m_вод увеличивается вдвое. Для легкового автомобиля m_вод= 0, т.к. водитель включается в число пассажиров.

3.1.2. Определение мощности двигателя.

Номинальная мощность двигателя, необходимая для движения полностью груженного автомобиля с максимальной скоростью в заданных дорожных условиях, определится

кВт,

где f _v – коэффициент сопротивления качению;

,

к – коэффициент обтекаемости Нс²/м⁴;

F – лобовая площадь автомобиля м².

Лобовую площадь ориентировочно можно оценить по эмпирическим формулам:

F=В Н м² грузовой автомобиль;

F=0,775 АН м² легковой автомобиль;

F= АН м² автобус

Где А – габаритная ширина автомобиля м,

Н - габаритная высота м,

В – колея автомобиля м,

Средние значения величин к и F приведены в табл.4.

Таблица 4.

	Грузовые	Автобусы	Легковые	Гоночные
К, Нс^2/м^4	0,60...0,70	0,45...0,60	0,25...0,45	0,13...0,15
F, м^2	3,0...6,0	4,5...6,5	1,6...2,8	1,0...1,3

- механический КПД трансмиссии;

,

- механический КПД трансмиссии, учитывающий потери холостого хода;

_ц, _к – механический КПД цилиндрической и конической пар шестерен;

_ц= 0,985; _к= 0,975;

n_ц, n_к - число цилиндрических и конических пар шестерен, работающих на одной передаче.

До выполнения расчетов необходимо выбрать схему трансмиссии, ориентируясь на автомобиль – прототип.

3.1.3. Расчет и построение теоретической скоростной характеристики двигателя

Исходные данные для расчета:

- номинальная мощность двигателя, N_еН кВт;

- частота вращения при номинальной мощности n_н об/мин;

- удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности g_ен г/кВт ч.

Зависимость эффективной мощности двигателя от частоты вращения по внешней скоростной характеристике выражается эмпирической формулой

N_е = N _ен к_n[2 + в(к_n-1)- к _n²] кВт,

Где - относительная величина частоты вращения.

Вычисления следует начать для к _n равным:

К _n= 1,0 – двигатель, снабженный регулятором частоты вращения;

К _n= 1,2 – двигатель без регулятора;

В – коэффициент;

В= 1,13 – дизель с непосредственным впрыском топлива;

В =1,0 – карбюраторный двигатель.

Крутящий момент двигателя определяется

Нм.

Зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения по внешней скоростной характеристике выражается эмпирической формулой

г/кВт ч.

где с – коэффициент,

с= 1,55 – дизель,

с= 1,2 – карбюраторный двигатель.

Часовой расход топлива подсчитывается

G_т=g_е N_е 10^-3 кг/ч.

Результаты расчетов оформляются в табл.5.

Таблица 5

N об/мин
Nе кВт
Ме Нм
Gег/кВт ч
Gт кг/ч

Внешняя скоростная характеристика двигателя строится на листе формата А24.

3.2. Определение передаточных чисел трансмиссии.

3.2.1. Расчет радиуса ведущего колеса.

Подбор шин по нагрузке, приходящийся на одну шину при движении автомобиля с полной нагрузкой

, Н

где ₂= 1,1...1,3 – коэффициент изменения нагрузки на ведущие колеса,

а₂ – доля массы, нагружающая ведущие колеса неподвижного автомобиля с полной нагрузкой,

а₂= 0,48...0,53 – легковой автомобиль;

а₂= 0,50...0,60 – автобусы и грузовые автомобили с кабиной над двигателем,

а₂=0,70...0,75 – грузовые автомобили с кабиной за двигателем,

z₂ – число шин ведущей оси.

Шины выбираются в соответствии с ГОСТ 4754 – 80.

Правильность выбора шин следует проверить по эмпирической формуле

, Н,

где в – ширина шины, мм,

d₀- диаметр обода, мм,

Р_в- давление воздуха в шине, кгс/см²,

К_у – коэффициент удельной грузоподъемности,

К_у= 0,0070 – шины современных легковых автомобилей и диагональные шины грузовых автомобилей,

К_у = 0,0065 – радиальные шины грузовых автомобилей,

К_у = 0,0060 – шины большегрузных автомобилей.

Радиус ведущего колеса рассчитывается

, м

где - коэффициент деформации шины,

легковые автомобили =0,86...0,88,

грузовые автомобили 0,89...0,91.

3.2.2. Определение передаточных чисел трансмиссии.

Передаточное число главной передачи определяется из условия движения автомобиля на высшей передаче с максимальной скоростью

,

где i _км- передаточное число коробки на высшей передаче. Прямая передача i _км= 1,

повышающая передача i _км 0,8.

На первой передаче автомобиль должен преодолеть максимальное сопротивление дороги

Максимальное значение передаточного числа коробки по условиям сцепления может достигать

Очевидно, что i _кр< i _кс.

Ряд передаточных чисел коробки составляет геометрическую прогрессию поэтому i _кn= i _к1 q ^n-1,

Где n - номер передачи,

Q – знаменатель геометрической прогрессии,

3.3.2. Расчет и построение тяговой диаграммы движения.

Значения касательной силы тяги на различных скоростных режимах работы двигателя для всех передач определяется

Н,

Сила сопротивления качению рассчитывается по формуле

Р_f =f g m _а Н; f _v= f₀ (1+ )

Суммарная сила сопротивления качению и воздуха

Р_с = Р_f + P_w; Р_w= к F V² Н

Величины Р_к, f_v, Р_f, P_w заносятся в соответствующие графы итоговой табл.6. На графике тяговой диаграммы движения (тягового баланса) автомобиля наносятся – Р_к = f(V) для всех передач

Р_f = f(V), Р_z = f(V)

3.3.3. Расчет и построение динамической характеристики.

Динамический фактор на различных скоростных режимах работы двигателя для всех передач определяется:

,

и заносится в соответствии графы итоговой табл.6. На графике динамической характеристики наносятся кривые динамического фактора и коэффициента сопротивления качению. Используя динамическую характеристику определяют:

1.Д_max – максимальное значение динамического фактора на первой передаче,

2.Д_m – максимальное значение динамического фактора на высшей передаче,

3.V_к – критическую скорость автомобиля на высшей передаче,

4. Д` - динамический фактор на высшей передаче при наиболее приемлемой скорости движения V =(0,4...0,5) V_max;

5. Д₂...Д_m-1 – максимальные значения динамического фактора на промежуточных передачах.

3.3.4. построение графика мощностного баланса.

Мощность затраченная на преодоление сопротивления качению, определяется

N _f = f _vg m _aV10^-3 кВт.

Суммарная мощность, расходуемая на сопротивления качению и воздуха

N _к= N _f + N _w; N _w = к F V³10^-3 кВт.

Потери мощности в трансмиссии составляют

кВт.

Результаты расчетов заносятся в соответствующие графы итоговой табл. 6. На графике мощностного баланса наносятся для всех передач, , N_к +N_тр= f (V)

3.3.5. Расчет и построение графиков ускорения и величин, обратных ускорениям.

Ускорения на различных скоростных режимах работы двигателя для всех передач определяются

м/с²,

где _вр- коэффициент вращающихся масс,

_вр= а+в (i_0, i_к)²,

а, в – коэффициенты, а=1,04; в=0.0015.

ускорения и обратные величины заносятся в соответствующие графы итоговой таблицы 6. На графах наносятся –j=f(V) и для всех передач.

Итоговая таблица результатов динамического расчета

Таблица 6

Nоб/мин
Ме Нм
Ne кВт
V1 м/с
Рк1 Н
Д1
J1 м/с^2
1/ J1с^2/м
V2 м/с
...
Vm м/с
Pкm Н
Pwm Н
Дm
Jm м/с^2
1/ Jmс^2/м
fv
Pf Н
Nf кВт
Nw кВт
Nк кВт
Nкт кВт
Nе кВт

3.3.7 Расчет и построение графика времени разгона.

Определение времени разгона автомобиля рекомендуется произвести графо -аналитическим методом. Время разгона на каком-то участке изменения скорости движения приближенно можно определить

.

Таким образом, оно численно будет равно площади криволинейной трапеции, ограниченной осью абсцисс, кривой 1/j и двумя ординатами, приведенными из концов отрезка

где F_i – площадь криволинейной трапеции, мм²;

-масштаб времени, с/мм.

Суммарное время разгона

м,

где n – число участков, на которое разделено время разгона. Рекомендуется все время разгона разбить не менее чем на десять участков, при этом величина _i должна увеличиваться с возрастанием скорости движения.

Таблица 7.

Vi м/с
Fi мм^2
i с
tp с

3.5. Расчет топливной экономичности автомобиля.

Таблица 8.

Vi м/с
Fi мм^2
i с
Sp с

Топливная экономичность автомобиля оценивается расходом топлива на 100 км пройденного пути. Удельный путевой расход топлива определяется выражением

л/100 км,

где V –скорость движения автомобиля, м/с;

g_т – плотность топлива, кг/л;

g_т=0,725 кг/л – бензин;

g_т=0,825 кг/л – дизельное топливо;

N_e^` - мощность развиваемая двигателем при движении с заданной скоростью, кВт (определяется по графику мощностного баланса);

G_e^` - удельный эффективный расход топлива г/кВт ч;

,

где g_e – удельный эффективный расход топлива по внешней скоростной характеристике (соответствует мощности N_e);

N_e – эффективная мощность двигателя по внешней скоростной характеристике (определяется по графику мощностного баланса),

а_1, а_2, а₃ – коэффициенты,

а_1, а_2, а₃

карбюраторный двигатель 2,911 4,558 2,668

дизель 2,054 2,889 1,760

При выполнении курсовой работы необходимо определить удельный путевой расход топлива для движения автомобиля с полной загрузкой по заданной дороге:

1. при максимальной скорости V_max;

2. при наиболее приемлемой скорости движения V = (0,4...0,5) V_max;

3.6. Анализ динамического расчета автомобиля.

По окончании динамического расчета необходимо оценить:

1. Соответствие расчетных параметров проектируемого автомобиля заданию на проектирование

2. Сравнить параметры проектируемого автомобиля с автомобилем-прототипом.

3. По графической части:

- используя тяговую диаграмму движения оценить возможность работу автомобиля с прицепом и найти полную массу прицепа для случая движения с наиболее приемлемой скоростью;

- выполнить анализ динамической характеристики автомобиля;

- оценить загрузку двигателей при наиболее приемлемой скорости движения;

- оценить топливную экономичность двигателей и автомобилей при наиболее приемлемой скорости движения;

- оценить динамику разгона автомобиля и сравнить ее с автомобилем-прототипом.

ГАСАГРОПРОМ СССР

Оренбургский ордена Трудового Красного Знамени

Сельскохозяйственный институт

Кафедра тракторов и автомобилей

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И СБОРНИК ПРОГРАММ К РАСЧЕТУ КУРСОВОЙ РАБОТЫ ПО ТРАКТОРАМ И АВТОМОБИЛЯМ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ФАКУЛЬТЕТА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ПО РАЗДЕЛУ "АВТОТРАКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ"

Оренбург - 1987

Дата добавления: 2015-07-13