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: Ркр =
35 кН; λ
= 0.54;
тип - 4х4; hкр
= 0.5 м; ωн
= 210 с-1; Км = 1.14; аоб =
0.65; Nмаш
=
36 %; R1
= 1200 кгс / м; χmin
= 0.92; W
=
0.9 га / ч; αст
= 22º;
рmin
= 5 м; Vн
=2.5 м / с; Qпр
= 2 ∙ Ркр = 7 т.
Ход работы
1. Определяем вес
энергосредства
Вес энергосредства определяем
по формуле:
где Ркр -
заданное тяговое усилие, кН. Принимаем по варианту [1, стр. 38];
λ - коэффициент
нагрузки ведущих колёс. Принимаем λ = 1;
φс
- 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 Gпр
> 0.5 ∙ Qпр,
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 rк
= 102 см.
тогда λ2:
Уточняем нагрузки на колёса по
формуле 1.7:
Определяем продольную
координату центра тяжести по формуле:
где φкр
- коэффициент использования веса. Для колёсного трактора 4х4 принимаем φкр
= 0.45.
Определяем ширину колеи по
формуле:
где bк
- ширина колеса;
ξ - коэффициент
смещения линии тяги. Определяется из выражения:
где zк
- число корпусов.
Число корпусов определяется по
формуле:
Принимаем zк
= 7.
2 Расчёт
энергосредства на устойчивость
Рассчитаем продольную
устойчивость энергосредства.
Из условия равновесия
энергосредства относительно возможной оси опрокидывания О2 имеем:
где rк
- радиус ведущего колеса. Из расчётов rк
= 102 см;
rn
- радиус ведомых колёс. Принимаем rn
=
rк
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;
Vн
- рабочая скорость движения трактора. Принимаем по варианту Vн
= 2.5 м /с = 9 км /ч;
ηим
- коэффициент использования мощности. Принимается в интервале 0.9 ÷
0.95 с учётом запаса мощности на трогание с места и преодоление случайных
сопротивлений;
ηмг
- механический КПД силовой передачи. Принимаем ηмг
= 0.92;
ηб
- 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 %;
ητ
- касательный КПД.
Касательный КПД определяется по
формуле:
где ηf
- коэффициент, учитывающий потери на самоопережение.
Определяется ηf
по
формуле:
Проверяем мощность двигателя из
условия возможности работы энергосредства с машинами, требующими отбора
мощности, из условия:
где Rт
- тяговое сопротивление рабочей машины, кгс;
V
- рабочая скорость. Из условия V
=
2.5 м /с = 9 км /ч;
Nн
- мощность, требуемая для привода машины, кВт;
ηом
- КПД передачи к машине. Принимаем ηом
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;
δвр
- коэффициент учёта вращающихся масс агрегата. Принимаем δвр
= 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 Мд min
- минимальный момент коленчатого вала двигателя, Нм;
Мд
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 rд
- определяется из условия:
Определяем передаточные числа
остальных передач по формуле:
где ipn -
передаточное число предыдущей передачи.
Определим минимальный момент
коленчатого вала двигателя:
где Fkn
- касательная сила на предыдущей передаче, Н;
ipi
- передаточное число для рассчитываемой передачи;
ipn
- передаточное число предыдущей передачи.
Определяем скорости движения
энергосредства на рабочих передачах по формуле:
где ωн
- угловая скорость. Из условия ωн
= 210 с-1;
ipi
- 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 α1в
= arctg 0.505 = 26º
48'.
Тогда по таблице Брадиса α1н
= 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 nн -
номинальная частота вращения двигателя. Принимаем в расчётах nн = 2000 об
/мин.
Частота вращения при максимальном
моменте определяется по формуле:
где аоб -
коэффициент снижения частоты вращения. Из условия принимаем значение аоб
= 0.65.
Определяем максимальный момент
коленчатого вала двигателя:
где kм -
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 gе - удельный
расход топлива. Принимаем gе = 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 ηтр
- КПД трансмиссии. Принимаем КПД трансмиссии для колёсного полноприводного
трактора 0.85;
ηг
- КПД двигателя. Принимаем для расчётов ηг
= 0.95.
Значение знаменателя принимаем
для расчётов равным 2500.
Рассчитаем значение ηспр
и ηб
для
каждого усилия на крюке.
Рассчитанные данные заносим в
таблицу.
Таблица 1 -
Результаты расчёта
Fкр, Н
|
Fспр, Н
|
Fк, Н
|
|
|
|
|
0
|
5800
|
5800
|
0.384
|
0
|
0.996
|
0
|
3000
|
5800
|
8800
|
0.885
|
0.341
|
0.991
|
0.273
|
6000
|
5800
|
11800
|
1.591
|
0.508
|
0.985
|
0.404
|
9000
|
5800
|
14800
|
2.503
|
0.608
|
0.977
|
0.48
|
12000
|
5800
|
17800
|
3.621
|
0.674
|
0.967
|
0.526
|
15000
|
5800
|
20800
|
4.944
|
0.721
|
0.956
|
0.557
|
18000
|
5800
|
23800
|
6.474
|
0.756
|
0.943
|
0.576
|
21000
|
5800
|
26800
|
8.208
|
0.928
|
0.587
|
24000
|
5800
|
29800
|
10.149
|
0.805
|
0.912
|
0.593
|
27000
|
5800
|
32800
|
12.295
|
0.823
|
0.894
|
0.594
|
30000
|
5800
|
35800
|
14.647
|
0.838
|
0.875
|
0.592
|
33000
|
5800
|
38800
|
17.205
|
0.851
|
0.875
|
0.601
|
35000
|
5800
|
40800
|
19.024
|
0.858
|
0.83
|
0.575
|
трактор мощность
маневренность тяговая
Рисунок 1 -
Теоретическая тяговая характеристика тяговой машины