Эксплуатация трактора Т-40М и автомобиля КамАЗ-5320
Задание для
выполнения курсовой работы
Студенту 4 курса факультета заочного образования
специальности "Технология обслуживания и ремонта машин в АПК" Букин
И.С. шифр 82
. Рассчитать, построить и дать анализ тяговой характеристики
трактора Т-40М, имеющего эксплуатационную массу 3050 кг и
работающего на почвенном фоне - стерня.
. Рассчитать, построить анализ динамической характеристики
автомобиля КамАЗ-5320, имеющего массу, превышающую в 1,2 раз его
конструктивную массу.
. Определить и проанализировать статическую продольную и
поперечную устойчивость трактора Т-40М и автомобиля КамАЗ-5320.
1. Расчет,
построение и анализ тяговой характеристики трактора Т-40М
1.1
Определение КПД трансмиссии трактора
На рисунке 1.1 изображена кинематическая схема трансмиссии трактора
Т-40М:
Рисунок 1.1 - Кинематическая схема трансмиссии трактора Т-40М
Вычислим КПД трансмиссии на всех передачах
,
где ηц - КПД цилиндрической
пары шестерен;
m - число пар цилиндрических шестерен;
ηк - КПД конической пары
шестерен;
ηг - КПД ведущего участка
гусеничного движителя
ε - коэффициент,
определяющий, какую часть номинального вращающего момента составляет момент
холостого хода трансмиссии трактора.
При современном уровне технологии изготовления шестерен и
подшипников и при установившемся тепловом режиме трансмиссии тракторов и
автомобилей можно принять:
ηц = 0,985…0,990; ηк = 0,975…0,980; ηг = 0,770…0,850; ε = 0,03…0,05
Таблица 1.1 - Характеристики трансмиссии трактора по передачам
|
Передача
|
Шестерни,
передающие вращающий момент
|
Передаточные
числа
|
m
|
ηт
|
|
1
|
1-2 (2`) - 13-14-19-20-21-22
|
89,2
|
4
|
0,768
|
|
2
|
1-2 (2`) - 7-8-19-20-21-22
|
74,9
|
4
|
0,768
|
|
3
|
1-2 (2`) - 9-10-19-20-21-22
|
63,6
|
4
|
0,768
|
|
4
|
1-2 (2`) - 11-12-19-20-21-220
|
54,4
|
4
|
0,768
|
|
5
|
1-2 (2`) - 5-6-19-20-21-22
|
29,4
|
4
|
0,768
|
|
6
|
1-2 (2`) - 3-4-19-20-21-22
|
20,5
|
4
|
0,768
|
1.2
Построение скоростной характеристики двигателя Д-144
На оси абсцисс отметим характерные частоты вращения
коленчатого вала:
nн - номинальная частота вращения коленчатого вала;
nм - частота вращения при максимальном крутящем
моменте;
nхх - максимальная частота вращения коленчатого вала на
холостом ходу
,
где δр - степень неравномерности регулятора. У
современных автотракторных двигателей δр = 0,06.0,08.
Для двигателя Д-144:
nн = 1800
об/мин;
nм =
0,6…0,8 nн nм = 0,7 ∙
1800 = 1260 об/мин;
об/мин.
На регуляторном участке характеристики (от nхх до nн) и на корректорном участке характеристики
(от nн до nм) отметим по два промежуточных значения частоты вращения, которые
впишем в таблицу 1.2.
Крутящий момент двигателя, работающего на режиме номинальной
мощности:
Н∙м
Максимальный крутящий момент:
,
где µ - коэффициент запаса крутящего момента, µ = 10.15 %.
Н∙м
На графике строим три точки: Мк. хх = 0, Мк. н
и Мк. max,
предварительно построив шкалу момента и шкалу частоты вращения (рис.1.2). На
регуляторном участке построенные точки соединяют прямой линией, а на
корректорном - выпуклой кривой.
Таблица 1.2 - Параметры скоростной характеристики двигателя Д-144
|
Параметры
|
Частота
вращения коленчатого вала, об/мин
|
|
n1 (м)
|
n2
|
n3
|
n4 (н)
|
n5
|
n6
|
n7 (хх)
|
|
|
1260
|
1440
|
1620
|
1800
|
1848
|
1896
|
1944
|
|
Мк,
Нм
|
237,9
|
235
|
224
|
206,9
|
130
|
63
|
0
|
|
Ne,
кВт
|
31,4
|
35,4
|
38
|
39
|
25,2
|
12,5
|
0
|
|
ge, г/кВт∙ч
|
277
|
251
|
245
|
252
|
297,6
|
416
|
∞
|
|
GT,
кг/ч
|
8,7
|
8,9
|
9,3
|
9,8
|
7,5
|
5,2
|
2,9
|
Определяем по графику и вписываем в таблицу 1.2 промежуточные
значения кривой крутящего момента.
Вычислим и построим кривую эффективной мощности двигателя Nе при соответствующих
значениях крутящего момента.
, кВт
Построение кривой удельного эффективного расхода топлива ge начнем с расхода топлива на режиме
номинальной мощности (gе. н. = 252 г/кВт∙ч).
Удельный эффективный расход топлива при максимальном крутящем
моменте (gе. м.) на 8.12 % больше, чем на режиме номинальной мощности.
Учитывая изложенное, строим точки gе.
н. и gе. м. и соединяем их вогнутой кривой.
Значения промежуточных точек вписываем в таблицу 1.2 и вычисляем
часовой расход топлива Gт для корректорного участка характеристики:
трактор автомобиль устойчивость поперечная
, кг/ч
Часовой расход топлива Gт.
хх при работе двигателя
без нагрузки с максимальной частотой вращения коленчатого вала не превышает
обычно 25.30 % расхода топлива на режиме номинальной мощности Gт. н и изменяется на регуляторном участке по линейному закону.
Построив линию расхода топлива, вписываем в табл.1.2
соответствующие значения для регуляторного участка характеристики, рассчитываем
и строим окончательно кривую ge:
, г/кВт∙ч
1.3
Построение кривой буксования
Величина буксования зависит от удельной силы тяги Дкр,
которая представляет собой отношение силы тяги к сцепному весу трактора:
Dкр=Ркр/Gсц
Сила тяги трактора при заданных величинах удельной силы тяги
и буксования:
Ркр = Dкр ∙ Gсц, кН
Почвенный фон - стерня, Gсц= 0,85 3050 9,8=25,4
кН.
Таблица 1.3 - Результаты расчета кривой буксования
|
Dкр
|
0
|
0,45
|
0,56
|
0,64
|
0,71
|
0,78
|
0,82
|
0,84
|
|
δ, %
|
0
|
5
|
10
|
20
|
30
|
50
|
70
|
100
|
|
Ркр,
кН
|
0
|
11,4
|
14,2
|
16,3
|
18,0
|
19,8
|
20,8
|
21,3
|
1.4
Определение данных для построения тяговой характеристики трактора Т-40М
касательная сила тяги на ведущих колесах
РК=
, кН
сила, идущая на самопередвижение трактора Т-40М по стерне
Рf=
кН
где f - коэффициент сопротивления самопередвижению трактора. На
стерне для колесных тракторов f = 0,08…0,1.
сила тяги трактора
Ркр=Рк-Pf, кН
теоретическая скорость движения трактора Т-40М
t=
, м/с
действительная скорость движения
д=Vt∙
(1-δ/100),
м/с
тяговая мощность трактора
кр=Pкр·Vд,
кВт
удельный расход топлива
кр=
, г/кВт·ч
1.5 Выбор
скоростных режимов работы двигателя для расчета данных для построения тяговой
характеристики трактора Т-40М
Таблица 1.4 - Расчетные параметры трактора Т-40М по передачам
|
№ передачи
|
Показатели
работы трактора
|
Показатели
работы двигателя
|
|
|
|
n, об/мин
|
1260
|
1440
|
1620
|
1800
|
1848
|
1896
|
1944
|
|
|
Мк, Н∙м
|
237,9
|
235
|
224
|
206,9
|
130
|
63
|
0
|
|
|
Ne, кВт
|
31,4
|
35,4
|
38
|
39
|
25,2
|
12,5
|
0
|
|
|
GT, кг/ч
|
8,7
|
8,9
|
9,3
|
9,8
|
7,5
|
5,2
|
2,9
|
|
1 iт=89,2
|
Рк, кН
|
22,82
|
22,54
|
21,48
|
19,84
|
12,47
|
6,04
|
0,00
|
|
Pf, кН
|
3,0
|
|
Ркр,
кН
|
19,82
|
19,54
|
18,48
|
16,84
|
9,47
|
3,04
|
0,00
|
|
δ, %
|
50
|
47
|
35
|
23
|
3
|
1,5
|
0
|
|
Vt, м/с
|
1,06
|
1,21
|
1,36
|
1,51
|
1,55
|
1,59
|
1,63
|
|
Vд,
м/с
|
0,53
|
0,64
|
0,89
|
1,17
|
1,51
|
1,57
|
1,63
|
|
Nкр,
кВт
|
10,50
|
12,54
|
16,36
|
19,63
|
14,27
|
4,78
|
0,00
|
|
gкр, г/кВт∙ч
|
828,8
|
709,9
|
568,3
|
499,3
|
525,572
|
828,8
|
∞
|
|
2 iт=74,9
|
Рк, кН
|
19,16
|
18,93
|
18,04
|
16,66
|
10,47
|
5,07
|
0,00
|
|
Pf, кН
|
3,0
|
|
Ркр, кН
|
16,16
|
15,93
|
15,04
|
13,66
|
7,47
|
2,07
|
0,00
|
|
δ, %
|
19
|
18
|
13
|
9
|
2
|
1
|
0
|
|
Vt, м/с
|
1,26
|
1,44
|
1,62
|
1,80
|
1,85
|
1,90
|
1,95
|
|
Vд, м/с
|
1,02
|
1,18
|
1,41
|
1,64
|
1,81
|
1,88
|
1,95
|
|
Nкр, кВт
|
16,51
|
18,83
|
21,22
|
22,41
|
13,55
|
3,90
|
0,00
|
|
gкр, г/кВт∙ч
|
526,8
|
472,7
|
438,2
|
437,3
|
553,705
|
1334,25
|
∞
|
|
3 iт=63,6
|
Рк, кН
|
16,27
|
16,07
|
15,32
|
14,15
|
8,89
|
4,31
|
0,00
|
|
Pf, кН
|
3,0
|
|
Ркр, кН
|
13,27
|
13,07
|
12,32
|
11,15
|
1,31
|
0,00
|
|
δ, %
|
8
|
7
|
6
|
4
|
1,5
|
0,5
|
0
|
|
Vt, м/с
|
1,49
|
1,70
|
1,91
|
2,12
|
2,18
|
2,24
|
2,29
|
|
Vд, м/с
|
1,37
|
1,58
|
1,80
|
2,04
|
2,15
|
2,22
|
2,29
|
|
Nкр, кВт
|
18,14
|
20,64
|
22,12
|
22,72
|
12,64
|
2,91
|
0,00
|
|
gкр, г/кВт∙ч
|
479,7
|
431,2
|
420,4
|
431,4
|
593,228
|
1786,87
|
∞
|
|
4 iт=54,4
|
Рк, кН
|
13,91
|
13,75
|
13,10
|
12,10
|
7,60
|
3,68
|
0,00
|
|
Pf, кН
|
3,0
|
|
Ркр, кН
|
10,91
|
10,75
|
10,10
|
9,10
|
4,60
|
0,68
|
0,00
|
|
δ, %
|
4
|
3,5
|
3
|
2,5
|
1
|
0,5
|
0
|
|
Vt, м/с
|
1,74
|
1,99
|
2,23
|
2,48
|
2,55
|
2,61
|
2,68
|
|
Vд, м/с
|
1,67
|
1,92
|
2,17
|
2,42
|
2,52
|
2,60
|
2,68
|
|
Nкр, кВт
|
18, 20
|
20,59
|
21,89
|
22,02
|
11,61
|
1,78
|
0,00
|
|
gкр, г/кВт∙ч
|
478,0
|
432,3
|
424,9
|
445,0
|
645,868
|
2919,01
|
∞
|
|
5 iт=29,4
|
Рк, кН
|
7,52
|
7,43
|
7,08
|
6,54
|
4,11
|
1,99
|
0,00
|
|
Pf, кН
|
3,0
|
|
|
Ркр,
кН
|
4,52
|
4,43
|
4,08
|
3,54
|
1,11
|
0,00
|
0,00
|
|
δ, %
|
1,5
|
1,4
|
1,3
|
1
|
0,5
|
0
|
0
|
|
Vt, м/с
|
3,21
|
3,67
|
4,13
|
4,59
|
4,71
|
4,84
|
4,96
|
|
Vд,
м/с
|
3,17
|
3,62
|
4,08
|
4,55
|
4,69
|
4,84
|
4,96
|
|
Nкр,
кВт
|
14,31
|
16,04
|
16,65
|
16,09
|
5, 20
|
0,00
|
0,00
|
|
gкр, г/кВт∙ч
|
607,9
|
554,8
|
558,7
|
608,9
|
1441,21
|
∞
|
∞
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.6 Анализ
тяговой характеристики трактора
Используя совмещенный график потенциальной и на передачах
тяговых характеристик трактора (рис.1.4), определим:
оптимальные значения силы тяги и скорости движения трактора:
Ропт = 13,5 кНVопт = 2 м/с
оптимальное значение удельной силы тяги:
Дкр. max = Ркр. max / Gсц =
21/25,4 = 0,83
номинальные значения силы тяги, скорости движения, тягового
КПД и максимальные значения тяговой мощности трактора на каждой передаче:
|
передача
|
Рном,
кН
|
Vном, м/с
|
N кр. max, кВт
|
|
1
|
16,84
|
1,17
|
19,63
|
|
2
|
13,66
|
1,64
|
22,41
|
|
3
|
11,15
|
2,04
|
22,72
|
|
4
|
9,10
|
2,42
|
22,02
|
|
5
|
3,54
|
4,55
|
16,09
|
- диапазоны по силе тяги между рабочими передачами:
Ркр.1-2 = 3,18 кН;
Ркр.2-3 = 2,51 кН;
Ркр.3-4 = 2,05 кН;
Ркр.4-5 = 5,56 кН;
2. Расчет,
построение и анализ динамической характеристики автомобиля
2.1
Определение КПД трансмиссии автомобиля
Кинематическая схема трансмиссии автомобиля КамАЗ-5320
показана на рис. 2.1
Рисунок 2.1 - Кинематическая схема трансмиссии автомобиля
КамАЗ-5320
КПД трансмиссии:
ηт=ηцm·ηк·ηкп
где ηц - КПД цилиндрической
пары шестерен (ηц = 0,985…0,990);
ηк - КПД конической пары
шестерен (ηк = 0,975…0,980);
ηкп - КПД карданной
передачи, равный 0,99…0,98 в зависимости от угла между валами;
m - число пар цилиндрических шестерен и ЭПР, работающих в
трансмиссии на данной передаче.
ηт = 0,99m·0,98·0,98 = 0,9604·0,99m
Результаты анализа трансмиссии автомобиля КамАЗ-5320
приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1 - Характеристика трансмиссии автомобиля
КамАЗ-5320 по передачам
|
Передача
|
Шестерни,
передающие вращающий момент
|
m
|
iт
|
ηT
|
|
1
|
1-2-12-11-17-18-19-20-
(21-22-23-24)
|
6
|
7,82
|
0,904
|
|
2
|
1-2-10-9-17-18-19-20-
(21-22-23-24)
|
6
|
4,03
|
0,904
|
|
3
|
1-2-8-7-17-18-19-20-
(21-22-23-24)
|
6
|
2,5
|
0,904
|
|
4
|
1-2-6-5-17-18-19-20-
(21-22-23-24)
|
6
|
1,53
|
0,904
|
|
5
|
1-2-4-3-17-18-19-20-
(21-22-23-24)
|
6
|
1,0
|
0,904
|
2.2
Построение внешней скоростной характеристики автомобиля
Крутящий момент двигателя
, Н∙м
где Ne - эффективная мощность двигателя, кВт;дв
- частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.
Таблица 2.2 - Скоростная характеристика автомобильного
двигателя КамАЗ-5320
|
Частота
вращения коленчатого вала, об/мин
|
|
|
n1
|
n2
|
n3
|
n4
|
n5
|
|
|
1000
|
1400
|
1800
|
2200
|
2600
|
|
|
Ne,
кВт
|
66,2
|
95,6
|
121
|
141
|
154
|
|
|
Мк,
Н∙м
|
632,21
|
652,13
|
641,97
|
612,07
|
565,65
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По данным таблицы построим внешнюю скоростную характеристику
двигателя, которая показана на рисунке 2.2.
2.3
Определение данных для построения динамической характеристики автомобиля
КамАЗ-5320
Касательная сила тяги
РК=
, кН,
где K - радиус колеса (из табличных данных RK =
0,484 м)
Скорость движения автомобиля
а=0,105
, м/с
Сила сопротивления воздуха
W =
, кН
где к - коэффициент обтекаемости, Нс2/м4 (к
= 0,6 Нс2/м4)
F - площадь лобового сопротивления, м2 (F = 5,08 м2)
Избыточная сила тяги автомобиля
Рк-Рw, кН
Динамический фактор автомобиля
, кН
где Ga - сила тяжести автомобиля, кН (Ga =
70,80∙ 1,2 = 85,0 кН)
Расчетные параметры автомобиля по передачам представлены в табл.
2.3
Таблица 2.3 - Расчетные параметры автомобиля по передачам
|
№ пере- дачи
|
Показатели
работы автомобиля
|
Показатели
работы двигателя
|
|
|
nдв,
мин-1
|
1000
|
1400
|
1800
|
2200
|
2600
|
|
|
Мк,
Н∙м
|
632,21
|
652,13
|
641,97
|
612,07
|
565,65
|
|
1 iт= 7,82
|
РК,
кН
|
9,23
|
9,52
|
9,38
|
8,94
|
8,26
|
|
Vа,
м/с
|
6,50
|
9,09
|
11,69
|
14,29
|
16,89
|
|
PW,
кН
|
0,129
|
0,252
|
0,417
|
0,623
|
0,870
|
|
Рк-Рw,
кН
|
9,11
|
9,27
|
8,96
|
8,32
|
7,39
|
|
D, кН
|
0,107
|
0,109
|
0,105
|
0,098
|
0,087
|
|
2 iт=4,03
|
РК,
кН
|
4,76
|
4,91
|
4,83
|
4,61
|
4,26
|
|
Vа, м/с
|
12,61
|
17,65
|
22,69
|
27,73
|
32,77
|
|
PW,
кН
|
0,485
|
0,950
|
1,570
|
2,346
|
3,276
|
|
Рк-Рw, кН
|
4,27
|
3,96
|
3,26
|
0,98
|
|
D, кН
|
0,05
|
0,047
|
0,038
|
0,027
|
0,012
|
|
3 iт=2,5
|
РК,
кН
|
2,95
|
3,05
|
3,00
|
2,86
|
2,64
|
|
Vа, м/с
|
20,32
|
28,45
|
36,58
|
44,70
|
52,83
|
|
PW,
кН
|
1,259
|
2,468
|
4,080
|
6,095
|
8,513
|
|
Рк-Рw, кН
|
1,69
|
0,58
|
-1,08
|
-3,24
|
-5,87
|
|
D, кН
|
0,02
|
0,007
|
-0,013
|
-0,038
|
-0,069
|
|
4 iт=1,53
|
РК,
кН
|
1,81
|
1,86
|
1,83
|
1,75
|
1,62
|
|
Vа, м/с
|
33, 20
|
46,48
|
59,76
|
73,05
|
86,33
|
|
PW,
кН
|
3,362
|
6,590
|
10,894
|
16,274
|
22,730
|
|
Рк-Рw, кН
|
-1,56
|
-4,73
|
-9,06
|
-14,52
|
-21,11
|
|
D, кН
|
-0,018
|
-0,056
|
-0,107
|
-0,17
|
-0,25
|
|
5 iт=1,0
|
РК,
кН
|
1,18
|
1,22
|
1, 20
|
1,14
|
1,06
|
|
Vа, м/с
|
50,80
|
71,12
|
91,44
|
111,76
|
132,08
|
|
PW,
кН
|
7,871
|
15,427
|
25,502
|
38,095
|
53, 208
|
|
Рк-Рw, кН
|
-6,69
|
-14,21
|
-24,30
|
-36,95
|
-52,15
|
|
D, кН
|
-0,079
|
-0,167
|
-0,286
|
-0,435
|
-0,61
|
По данным таблицы 2.3 строим график динамической
характеристики автомобиля на рис. 2.3
2.4 Анализ
динамической характеристики автомобиля
Максимальная и средняя эксплуатационная скорость автомобиля
на дороге с коэффициентом суммарного сопротивления дороги Ψ=0,012
Vа max = 132 м/сVа сред. = 66 м/с
максимальный динамический фактор и критическая скорость
движения
DI = 0,109 VI кр = 9,09 м/с
DII = 0,05 VII кр = 12,61 м/с
DIII = 0,02 VIII кр = 20,32 м/с
DIV = - 0,018 VIV кр = 33,20 м/с
DV = - 0,079 VV кр = 50,80 м/с
3.
Определение углов продольной и поперечной статической устойчивости трактора и
автомобиля
Предельные углы продольной статической устойчивости трактора Т-40М
=450 30/
62061/
Рисунок 3.2 - Схемы сил, действующих на автомобиль при стоянке на
предельном подъеме и предельном уклоне
Предельные углы продольной статической устойчивости автомобиля
КамАЗ-5320
= 68,51 º
67,04º
Предельные углы на подъеме и спуске из условий сползания
автомобиля КамАЗ-5320, стоящего на стерне
= 15,1º
12,4º
>; 
>
- сползание автомобиля начнется раньше
опрокидывания.
Рисунок 3.3 - Схема сил, действующих на трактор и автомобиль при
стоянке при наклоне вправо и влево
Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором
трактор Т-40М не опрокидывается
= 49,94 º
Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором
трактор Т-40М не сползает, стоя на стерне
= 35,0º
> - сползание трактора начнется раньше
опрокидывания.
Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором
автомобиль КамАЗ-5320 не опрокидывается
= 45,29 º
Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором
автомобиль КамАЗ-5320 не сползает, стоя на асфальте
= 34,99º
> - сползание автомобиля начнется раньше
опрокидывания.
Литература
1.
Методические указания к изучению конструкции, основ теории и расчёта трактора и
автомобилей и выполнения курсовой работы. ЧГАУ, 2003
.
Кутьков Г.М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. М.:
КолосС, 2004
.
Барский И.Б. Конструирование и расчёт тракторов. М.: Машиностроение, 1980
.
Стандарт предприятия. Проекты (работы), курсовые и дипломные. Общие требования
к оформлению. СТП ЧГАУ 2-2003