Тяговый расчет трактора

Размещено на http://allbest.ru

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова

Кафедра «Тракторы и автомобили»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Тяговый расчет трактора

Выполнил:

студент группы АИ-32

Аленин Н.А.

Проверил:

Третьяков В.И.

Пермь 2014



1. Определение тягового диапазона

трактор тяговый дизельный трансмиссия

Трактор должен быть рассчитан на выполнение всех работ, соответствующих его тяговому классу, и некоторой части работ, относящихся к тяговой зоне соседнего с ним предыдущего класса. Для определения минимальной силы тяги на высшей рабочей передаче (основного ряда передач) необходимо знать тяговый диапазон трактора _T, который можно определить по формуле

(1)

где Р'_крн - номинальная сила тяги трактора предыдущего тягового класса;

е - коэффициент расширения тяговой зоны(для тракторов тяговых классов до 30 кН можно принять е= 1,25…1,30).

Для тракторов тягового класса = 9 кН тяговый диапазон _T = 1,95

Зная тяговый диапазон и номинальную силу тяги, определяют минимальную силу тяги

, кН; (2)

Подставляем значения в формулу (2)

кН.



2. Определение эксплуатационного веса трактора

Следует различать конструктивный (сухой) вес G_м и эксплуатационный (полный) вес G_э. Под конструктивным весом понимается вес трактора в незаправленном состоянии без тракториста, дополнительного оборудования и балласта. Эксплуатационный вес, т.е. вес трактора в работе всегда больше конструктивного веса. Для большинства тракторов G_{э min}= (1,07... 1,10)G_o.

Эксплуатационный вес колесных тракторов часто специально увеличивают, чтобы улучшить их тягово-сцепные качества. Максимальное значение должно быть выбрано таким образом, чтобы при работе трактора в соответствующих условиях с установленной на него по типажу номинальной силой тяги на крюке буксование движителей не превышало допустимых в этом случае пределов .

, кН (3)

где - значение коэффициента использования сцепного веса, которого можно достичь в данных почвенных условиях при допускаемом буксовании ведущих колес;

_к и f - коэффициенты нагрузки ведущих колес и сопротивления качению, соответствующие принятым условиям работы.

Для тракторов с задними ведущими колесами 4x2 принимают _к= 0.75...0.80; для тракторов со всеми ведущими колесами 4x4 _к =1.

Для тракторов с пневматическими шинами расчетные значения коэффициента использования сцепного веса = 0,50...0,65 в зависимости от конструкции и размеров шин ведущих колес.

Определяем максимальный вес

кН,

3. Расчет буксования в зависимости от нагрузки на крюке трактора

Характер кривой буксования зависит от физико-механических свойств агрофона и конструктивных параметров трактора. Величина коэффициента буксования для ориентировочных расчетов при курсовом проектировании может быть определена с помощью вспомогательных графиков

Gсц= _{к *}=1 *16,981=16,981кН

Таблица 1.

Р, кН	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ркр/ Gсц	0,0589	0,1178	0,1767	0,2356	0,2944	0,3533	0,4122	0,4711	0,5300	0,5889
,%	0	1	1,2	2	4	4,5	5	6	8	9,5

4. Определение номинальной мощности двигателя трактора

Требуемая мощность тракторного двигателя определяется исходя из заданных номинальной силы тяги на крюке, соответствующей этому тяговому усилию рабочей скорости движения и установленными предыдущими расчетами веса трактора и буксования его движителей. При определении потребной мощности тракторного двигателя необходимо резервировать некоторую часть мощности для преодолевания систематически возникающих пиковых сопротивлений движению. Чем больше может быть перегрузка двигателя во время работы, тем больше должен быть резерв мощности.

При определении потребной мощности двигателя резерв учитывается введением коэффициента эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя Хэ=0.85…0.90.

, кВт (4)

где Р_крн и V , - заданные номинальное тяговое усилие в кН и рабочая скорость движения трактора при номинальной силе тяги в км/ч;

- коэффициент эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя,

= 0,85...0,90;

- тяговый коэффициент полезного действия, который можно предоставить в следующем виде

(5)

где - КПД, учитывающий механические потери в трансмиссии;

- КПД, учитывающий потери на буксование ведущих колес;

- КПД, учитывающий потери на качение трактора;

(6)

где - КПД цилиндрической пары шестерен,

- КПД конической пары шестерен;

и количество пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче, соответственно, цилиндрических и конических.

- КПД, учитывающий потери холостого хода трансмиссии. На основе имеющихся опытных данных можно принимать, что при достаточно прогретом масле в механизмах трансмиссии =0,95...0,97. Подставляем данные в формулу (6).Коэффициент определяют из выражения

, (7)

Для этого необходимо знать коэффициент 6 буксования ведущих колес в заданных условиях работы. Зависимость буксования от тягового усилия рассчитана выше.

Определяем КПД буксования

Коэффициент , учитывающий потери на качение трактора, определяется из выражения

(8)

где P_f - сила сопротивления качения, кН. Р- касательная сила тяги, равная при установившемся движениитрактора по горизонтальному участку

, кН (9)

При расчете сопротивления качению используют уравнение

, кН (10)



Подставляем данные в формулу (10)

кН.

Подставляем данные в формулу (9)

кН

Подставляем данные в формулу (8)

=0,8833

Подставляем полученные значения в формулу (5)

Определяем мощность

кВт.

5. Расчет и построение регуляторной характеристики дизельного двигателя

Регуляторная характеристика дизельного двигателя показывает изменение эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента, удельного и часового расходов топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов при работе двигателя на регуляторе.

Расчет и построение регуляторной характеристики двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала выполняется в следующем порядке.

1. Рассчитывается регуляторная ветвь характеристики в диапазоне частот вращения от холостого хода до номинального режима.

Частота вращения холостого хода двигателя определяется по формуле

, мин (11)



где - коэффициент неравномерности регулятора, для современных тракторных дизелей = 0,07, ..0,08;

- номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя мин,

мин.

На регуляторной ветви характеристики принимают изменение мощности N_e и крутящего момента М двигателя по закону прямой линии от до N_eн и = 0 до

Крутящий момент определяется по формуле

, кНм (12)

где N_е - эффективная мощность, кВт

n - частота вращения, об/мин.

Определяем номинальный крутящий момент

кНм.

По удельному расходу топлива при номинальной мощности двигателя определяют максимальный часовой расход топлива по формуле

, кг/ч (13)

Для холостого хода принимают

,кг/ч

Промежуточные точки часового расхода топлива на регуляторной ветви принимают по закону прямой линии. По часовому расходу топлива и соответствующей мощности двигателя на регуляторной ветви определяют удельный расход топлива по формуле

, г/кВтч, (14)

Кривая удельного расхода топлива по мере снижения мощности (нагрузки) двигателя поднимается вверх.

2. Рассчитывается безрегуляторная (перегрузочная) ветвь характеристики в диапазоне частот вращения от номинального режима n_н до режима максимального крутящего момента n₀. При перегрузках крутящий момент двигателя продолжает несколько возрастать, главным образом за счет корректора, увеличивающего цикловую подачу топлива в цилиндры двигателя. При частоте вращения п_о крутящий момент двигателя достигает максимального значения М_крmах. При дальнейшем снижении частоты вращения крутящий момент уменьшается из-за ухудшения условий протекания рабочего процесса.

На участках характеристики с частотами вращения ниже n_о двигатель работает неустойчиво и при малейшей дополнительной перегрузке может заглохнуть.

На режиме максимального крутящего момента двигателя трактор развивает максимальные касательные силы тяги и тяговые усилия на крюке. В диапазоне частот вращения от n_н до n_о текущие значения эффективной мощности двигателя определяют по эмпирической формуле

, кВт, (15)



где n_i и n_н - текущее и номинальное значения частот вращения коленчатого вала, об/мин;

с =0,5; с=1,5 - для дизелей с непосредственным впрыском топлива,

с =0,5; с=1,5- для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием.

Задаваясь значениями частот вращения коленчатого вала двигателя, определяют текущие значения N_ei и крутящего момента М_крi. Шаг изменения частот вращения от n_н до n_о принимают равным 50... 100 об/мин.

Расчеты с изменяющейся частотой вращения коленчатого вала двигателя производят до определения максимального крутящего момента и соответствующей ему частоты вращения.

Удельный расход топлива на безрегулягорной ветви при максимальном крутящем моменте двигателя принимают равным

, г/кВтч, (16)

Зная удельный расход топлива на безрегулягорной ветви, определяют соответствующий часовой расход топлива G_Ti по формуле

, кг/ч (17)

Результаты расчетов показателей работы двигателя заносят в сводную таблицу для построения регуляторной характеристики.

Параметры регуляторной скоростной характеристики

Таблица 2

	n, об/мин	Ne,кВт	Мкр, кНм	Gт, кг/ч	ge,г/кВтч
Nxx=	1881,25	0	0	1,3787	?
Nн=	1750	22,010	0,1201	5,1063	232
N1=	1650	21,2356	0,1229	5,1499	242,514
N2=	1550	20,3535	0,1254	5,1500	253,028
N3=	1450	19,2646	0,1269	5,0770	263,542
N4=	1312,5	17,5392	0,1276	4,8759	278

Пользуясь полученными расчетными данными, строят график регуляторной скоростной характеристики тракторного дизельного двигателя в функции частоты вращения коленчатого вала.

6. Расчет касательных сил тяги, передаточных чисел трансмиссии, теоретических (расчетных) скоростей движения трактора

Разнообразие работ, выполняемых тракторами, вызывает необходимость иметь у них соответствующий набор различных передач. В задании представлены три группы передач:

а) основные передачи, на которых производятся большинство сельскохозяйственных операций;

б) транспортные передачи, применяемые для перевозки грузов и для холостых переездов;

в) технологические передачи для работ, при производстве которых допускаемые скорости движения ограничиваются по условиям выполняемого технологического процесса.

Число основных рабочих передач Z для современных сельскохозяйственных тракторов равно 3...4. Обычно в основу построения ряда основных передач трактора закладывается принцип геометрической прогрессии. Такой ряд передач называется геометрическим и имеет вид

(18)



где V_H - номинальные или расчетные скорости, индексы при номинальных скоростях V_H обозначают порядковый номер передачи,

q - знаменатель геометрической прогрессии.

Номинальными или расчетными скоростями трактора V_H называются его теоретические скорости при номинальной частоте вращения коленчатого вала.

Аналогично можно записать геометрический ряд и для касательных сил тяги, имеющих прямо пропорциональную зависимость от передаточных чисел

(19)

где Р_к и индексы при них указывают значения касательных сил тяги и порядковые номера передач.

Знаменатель геометрической прогрессии

, (20)

где z - число передач основного ряда

(21)

(22)

Подставляем данные

кН

кН

, , (23)

кН

кН

кН

Определяем передаточные числа трактора на первой передаче

(24)

где r_k - теоретический радиус качения ведущих колес, м;

, м (25)

где d - посадочный диаметр шины в дюймах;

b - ширина профиля шины в дюймах;

(0,80...0,85) - коэффициент деформации (усадки) шины ведущих колес.

Размеры шин подбираются по таблице 6 в зависимости от нагрузки на одно ведущее колесо трактора

, кН, (26)



где N_k - количество ведущих колес.

кН

Выбираем шины 8-32

Подставляем известные данные

м.

Номинальная расчетная скорость движения определяется но формуле

, км/ч (27)

где n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин.

км/ч

С целью проверки правильности предыдущих расчетов целесообразно сравнить величины расчетных скоростей, полученных по формуле (27) и рассчитанных из выражения

, км/ч (28)



где V - рабочая скорость движения на первой передаче при номинальной

силе тяги на крюке;

км/ч,

Ошибка расчётов

%, что меньше 1%.

Остальные расчетные (номинальные) скорости движения на передачах основного ряда определяются по формуле

, км/ч (29)

км/ч,

км/ч,

км/ч

км/ч

Высшая транспортная скорость принимается согласно заданию. При наличии двух транспортных скоростей (передач) по заданию, промежуточную транспортную скорость определяют как среднегеометрическую величину между высшей транспортной V_Tpmax = V_Tp2 и высшей скоростью основного ряда V_Z по формуле

км/ч (30)



км/ч

Определяем передаточные числа и касательные силы тяги на транспортных передачах

(31)

, кН (32)

кН

кН

Для расчета передаточного числа трансмиссии и касательной силы тяги на технологической (замедленной) передаче необходимо выбрать скорость движения.

Допустимая скорость движения при выполнении посадочных работ ограничивается, с одной стороны, агротехническими условиями возделывания данной культуры, диктующими величину шага посадки, а с другой - техническими возможностями, определяющими пропускную способность посадочной машины. На некоторых посадочных работах скорость движения должна быть меньше 0,28 м/с или 1 км/ч. В некоторых случаях применяют также диапазон скоростей 0,5... 1,0 м/с (1,8...3,6 км/ч).



, (33)

, кН (34)

Расчётная частота вращения и момент равны

(35)

об/мин

,кНм (36)

кНм

Подставляем данные в формулы 33,34

кН

Результаты расчетов касательных сил тяги, передаточных чисел и теоретических скоростей движения заносят в сводную таблицу 3.

Таблица 3.

Передача	, кН		, км/ч	, кНм	, об/мин
1 основная	11,32078	60,5805	6,1956	0,1201	1750
2 основная	9,8373	52,6421	7,1299	0,1201	1750
3 основная	8,5482	45,7439	8,2051	0,1201	1750
4 основная	7,4280	39,7496	10,8663	0,1201	1750
5 основная	6,4541	34,5409	12,5049	0,1201	1750
1 транспортная	4,6750	25,0172	15,0029	0,1201	1750
2 транспортная	3,8966	20,8518	18,0000	0,1201	1750
технологическая	4,1379	132,8989	3,0000	0,0204	1858,94

7. Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора

Определив основные конструктивные параметры тракторного двигателя и трактора в целом, приступают к аналитическому расчету и построению теоретической тяговой характеристики. Тяговая характеристика строится в функции силы тяги на крюке применительно к установившейся работе на горизонтальном участке. Характеристика рассчитывается и строится для заданного агрофона на основных и технологической передаче. Для транспортных передач в качестве агрофона принимается гравийное шоссе или сухая грунтовая дорога.

На каждой передаче основного и транспортного рядов трактора расчеты выполняются для четырех расчетных режимов: номинальный режим работы двигателя n_н и М_крн , режим максимального крутящего момента М_крmax и n₀, режим крутящего момента

,

а также режим холостого хода трактора (Ркр=0,Рк=Рf).

На технологической передаче расчеты выполняют для расчетного режима работы двигателя и холостого хода трактора (Р_кр=0, Р_к =Р_f).

Для построения теоретической тяговой характеристики трактора расчетные тяговые показатели для каждой передачи заносятся в таблицу 4 параметров тяговой характеристики.

Основные расчетные зависимости для определения Р_к и Р_кр приведены выше.

Для конкретных значений крюкового усилия Р_кр буксование д определяется из графика д= f(Р_кр), построенного по результатам таблицы 1. Теоретическая скорость определяется из выражения

(37)

Зная величину буксования д и теоретическую скорость движения, рабочие скорости подсчитываются по формуле

. (38)

Мощность на крюке для каждой передачи и каждой расчетной точки определяют по формуле

(39)

Для оценки топливной экономичности трактора определяется удельный расход топлива по формуле

(40)

где G_т - соответствующий часовой расход топлива по регуляторной скоростной характеристике, кг/ч. Тяговый КПД трактора подсчитывается по формуле



(41)

Проверку з_тяг производят по формуле

(42)

Если расчет по двум формулам для з_тяг произведен правильно, то результаты расчетов должны совпадать или быть близкими.

Выполнив расчеты параметров теоретической тяговой характеристики, приступают к построению теоретической тяговой характеристики.



Вывод

Анализируя тяговую характеристику трактора, видим, что наиболее эффективной является работа на 1-ой рабочей передаче. Это следует из того, что на 1-ой рабочей передаче трактора развивает наибольшую крюковую мощность (10.1321). Расход самый наименьший из всех рассматриваемых, то есть более экономичный режим, чем на других. Тяговый КПД трактора составляет 0.7131 так же наиболее высокий среди рассматриваемых рабочих передач. Можно сказать на 1-ой и 2-ой рабочих передачах высокий коэффициент буксования, следовательно на 4-ой и 5-ой рабочих передачах снижается коэффициент буксования за счет снижении касательной силы тяги.

Из выше сказанного следует, что работа трактора является наиболее экономичной и эффективной на 1-ой рабочей передаче.

Размещено на Allbest.ru

...