Анализ динамических характеристик трактора и автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание для выполнения курсовой работы

Студента 5 курса факультета заочного образования специальности Техническое обслуживание и ремонт машин в АПК

Туркеновой Алии Жанибековны шифр 11123

1. Рассчитать, построить и дать анализ тяговой характеристики трактора Т-4А, имеющего эксплуатационную массу 420 кг и работающего на почвенном фоне.

2. Рассчитать, построить и дать анализ динамической характеристики автомобиля УАЗ-3303 , имеющего полную массу, превышающую в 1,15 раз(а) его конструктивную массу.

3. Определить и проанализировать статическую продольную и поперечную устойчивость трактора Т-4А и автомобиля УАЗ-3303 .

Выполненная курсовая работа состоит из 3 частей:

1 часть - расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора;

2 часть - растет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля;

3 часть - определение углов продольной и поперечной статистической устойчивости трактора и автомобиля.

Текст и графическая часть работы выполняются на листах формата А4. Графическая часть включает:

- кинематическую схему трансмиссии машин;

- скоростную характеристику двигателя;

- тяговую характеристику трактора;

- динамическую характеристику автомобиля;

- расчетные схемы определения продольной и поперечной устойчивости машин.

1. Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора Т-4А

трактор автомобиль кинематический тяговый двигатель

Определяем КПД трансмиссии трактора

Рисунок 1 - Кинематическая схема трансмиссии гусеничного трактора Т-4А. А - реверс-редуктор; В - коробка передач; С - задний мост; D - планетарный механизм поворота (ПМП); Е - муфта управления ВОМ; F - конечная передача

Вычислим КПД трансмиссии на всех передачах

,

где, _ц- КПД цилиндрической пар шестерен; _ц = 0,985...0,990;

_к - конической пар шестерен; _к = 0,975...0,980;

m - число пар цилиндрических шестерен и ЭПР, работающих в трансмиссии на данной передаче;

_г - КПД ведущего участка гусеничного движителя; _г = 0,750...0,850;

- коэффициент, определяющий, какую часть номинального крутящего момента двигателя составляет момент холостого хода трансмиссии трактора;

= 0,030...0,050.

Значения передаточных чисел, КПД и количества пар цилиндрических шестерен, передающих крутящий момент на каждой передаче, представлены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Характеристика трансмиссии трактора по передачам

Передачи	Шестерни, передающие крутящий момент	Передаточное число	m	n	т
IV	1-20-19-2-5-15-13-12-D-7-8	45,86	5	1	0,715
V	1-2-3-17-13-12-D-7-8	37,58	4	1	0,72
VI	1-2-3-17-13-12-D-7-8	32,35	4	1	0,72
VII	1-2-6-14-13-12-D-7-8	27,96	4	1	0,72
VIII	1-2-6-14-13-12-D-7-8	25,01	4	1	0,72
Задний ход (III)	1-20-18-2-6-14-13-12-D-7-8	37,83	5	1	0,715

Построение внешней скоростной характеристики двигателя А-01М

Скоростная характеристика двигателя представлена в табличной и графической формах.

Основные параметры двигателей гусеничного трактора Т-4А указаны в табл.1.2 и 1.3

Таблица 1.2 Основные параметры двигателя А-01М

Марка трактора	Т-4А
Марка двигателя	А-01М
Число цилиндров	4 Р
цилиндра, мм	130
Ход поршня, мм	140
Номинальная эксплуатационная мощность, кВт	96
Номинальная частота вращения вала, мин-1	1700
Удельный эффективный расход топлива, г/кВтч	244

Таблица 1.3 Технические характеристики Т-4А

Параметры	Т-4А
Тяговый класс	4
Тип подвески	полужест.
Эксплуатационная масса, кг	8420
База (между крайними опорными катками), мм	2522
Колея (по центру гусениц), мм	1384
Расстояние по горизонтали от центра масс трактора до осей ведущих звездочек, мм	1218
Высота центра масс, мм	712
Радиус начальной окружности звездочки, мм	385
Ширина звена гусеницы, мм	420

На оси абсцисс отмечаются характерные значения частоты вращения. коленчатого вала двигателя:

n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала;

n_м - частота вращения при максимальном крутящем моменте:

n_м = (0,6 ... 0,8) n_н

n_хх - максимальная частота вращения коленвала на холостом ходу:

n_хх = (1 + _р) n_н,

где _р - степень неравномерности всережимного регулятора. У современных автотракторных дизелей _р = 0,06...0,08.

Для двигателя А-01М:

n_м = 0,8 ·1700=1360 об/мин

n_хх = (1 + 0,08)·1700=1836 об/мин

На регуляторном участке характеристики (от n_хх до n_н) и на корректорном участке характеристики (от n_н до n_м) отметим по два промежуточных значения частоты вращения, которые вписываются в таблицу 1.4.

Крутящий момент двигателя, работающего на режиме номинальной мощности:

, Нм,

Максимальный крутящий момент

, Нм,

где _к - корректорный коэффициент запаса крутящего момента, _к = (15…20) %

На графике отмечаем три точки, соответствующие М_к.хх = 0; М_к.н и М_к.max, предварительно построив шкалу частоты вращения коленвала (рис. 1.2). На регуляторном участке построенные точки соединяем прямой линией, а на корректорном - выпуклой кривой.

Таблица 1.4 Параметры скоростной характеристики двигателя А-01М

Параметры и размерность	Частота вращения коленвала, мин-1
	n1(м)	n 2	n 3	n 4(н)	n 5	n 6	n 7(х.х)
	1360	1450	1600	1700	1750	1800	1836
Ne, кВт	92,2	97,2	99,7	96	61,4	28,3	0
Мк, Нм	647,2	640	595	539,3	335	150	0
ge, г/кВтч	268,4	255	246	244	282	420,5	?
Gт, кг/ч	24,7	24,8	24,5	23,4	17,3	11,9	7,0

Определяем по графику и вписываем в таблицу 1.4 промежуточные значения кривой крутящего момента

Вычисляем и строим кривую эффективной мощности двигателя N_e при соответствующих значениях крутящего момента.

, кВт

Построение кривой изменения удельного эффективного расхода топлива g_e начинаем с точки расхода топлива, соответствующей режиму номинальной мощности (g_e=244г/ кВтч).

Удельный эффективный расход топлива при максимальном крутящем моменте (g_е.м) на (8...12) % больше, чем на режиме номинальной мощности. Учитывая изложенное, строим точки g_е.н, g_е.м и соединяем их вогнутой кривой. Значения промежуточных точек вписываем в таблицу 1.4 и вычисляем часовой расход топлива G_т для корректорного участка характеристики:

, кг/ч.

Часовой расход топлива G_т.хх при работе двигателя без нагрузки с максимальной частотой вращения коленчатого вала не превышает обычно (25...30) % расхода топлива на режиме номинальной мощности G_т.н и изменяется на регуляторном участке по линейному закону. Построив линию расхода топлива, вписываем в табл. 1.4 соответствующие значения G_т для регуляторного участка характеристики, затем рассчитываем и строим окончательно кривую g_е;

, г/кВтч

Построение кривой буксования

Величина буксования зависит от удельной силы тяги D_кр:

D_кр = Р_кр / G_сц

где, Р_кр -сила тяги

G_сц -сцепной вес трактора, равный эксплуатационному весу; G_сц=84,2 кН

Сила тяги трактора при заданных величинах удельной силы тяги и буксования:

Р_кр = D_кр G_сц, кН

Почвенный слой - пашня

Результаты расчета кривой буксования представлены в табл. 1.5

Таблица 1.5 Параметры буксования трактора Т-4А

Dкр	0	0,27	0,47	0,55	0,64	0,67	0,69	0,70
д, %	0	2	5	10	20	40	70	100
Ркр, кН	0	22,7	39,6	46,3	53,9	56,4	58,1	60

По данным таблицы 1.5 строим график кривой буксования трактора Т-4А на пашне - рис. 1.3

Определение параметров для построения тяговой характеристики трактора Т-4А

- касательная сила тяги на ведущих колесах

, кН,

где, i_т - общее передаточное число трансмиссии на данной передаче;

_т - КПД трансмиссии на данной передаче,

- сила сопротивления самопередвижению трактора Т-4А по пашне

Р_f = 10^-3f G_э g= 10^-30,12 84209,8=9,9кН,

где, r_к - радиус качения ведущих колес, м, r_к=0,385м;

f - коэффициент сопротивления самопередвижению трактора, f=0,12;

G_э - эксплуатационный вес трактора, кг;

g = 9,81 мс^-2 - ускорение свободного падения;

- сила тяги трактора

Р_кр = Р_к - Р_f , кН,

- теоретическая скорость движения трактора

, м/с,

- действительная скорость движения трактора

, м/с,

- тяговая (крюковая) мощность трактора

N_кр = Р_кр V_д , кВт

- удельный крюковой расход топлива

, г/кВтч

- условный тяговый КПД трактора на передачах

где, N_кр.max - максимальное значение тяговой мощности на данной передаче;

N_е.н - номинальная (паспортная) мощность двигателя.

Выбор скоростных режимов двигателя А-01М для расчета и построения тяговой характеристики трактора Т-4А

Таблица 1.6 Расчетные параметры скоростной и тяговой характеристик трактора по передачам

№ передач	Расчетные параметры	Показатели работы двигателя
		n. об/мин	1360	1450	1600	1700	1750	1800	1836
		Мк Нм	647,2	640	595	539,3	335	150	0
		NекВт	92,2	97,2	99,7	96	61,4	28	0
		Gт.кг/ч	24,7	24,8	24,5	23,4	17,3	11,9	7,0
IV пер. iтр1= 45,86	Рк, кН	55,1	54,5	50,7	45,9	28,5	12,8	0,00
	Рf, кН	9,9
	, %	40	21	15	9	3	1,2	0
	Ркр, кН	45,2	44,6	40,8	36	18,6	2,9	0,00
	Vт, м/с	1,18	1,26	1,39	1,48	1,52	1,57	1,6
	Vд, м/с	0,71	0,99	1,18	1,35	1,47	1,52	1,6
	Nкр, кВт	32,1	44,2	48,1	48,6	27,3	4,4	0
	gкр, г/кВтч	769,5	561,1	509,4	481,5	633,7	2704,5	?
V пер. iтр2= 37,58	Рк, кН	45,5	44,9	41,8	37,9	23,5	10,5	0,00
	Рf, кН	9,9
	, %	9	8	7	4	2	1	0
	Ркр, кН	35,6	35,0	31,9	28,0	13,6	0,60	0,00
	Vт, м/с	1,5	1,6	1,76	1,87	1,93	1,98	2,02
	Vд, м/с	1,37	1,47	1,64	1,8	1,89	1,96	2,02
	Nкр, кВт	48,8	51,5	52,3	50,4	25,7	1,2	0,00
	gкр, г/кВтч	506,1	481,6	468,5	464,3	673,2	9916,7	?
VI пер. iтр2= 32,35	Рк, кН	39,4	38,7	35,9	32,6	20,3	9,1	0,00
	Рf, кН	9,9
	, %	5	4,5	3,6	3,0	1,8	0,8	0
	Ркр, кН	29,5	28,8	26,0	22,7	10,4	0,00	0,00
	Vт, м/с	1,63	1,74	1,92	2,04	2,1	2,16	2,2
	Vд, м/с	1,55	1,66	1,85	1,98	2,06	2,14	2,2
	Nкр, кВт	45,7	47,8	48,1	44,9	21,4	0,00	0,00
	gкр, г/кВтч	540,5	518,8	509,4	521,2	808,4	?	?
VII пер. iтр2= 27,96	Рк, кН	33,8	33,4	31,1	28,2	17,5	7,8	0,00
	Рf, кН	9,9
	, %	3,6	3,2	2,9	2,4	1,6	0,7	0
	Ркр, кН	23,9	23,5	21,2	18,3	7,6	0,00	0,00
	Vт, м/с	1,9	2,03	2,24	2,38	2,45	2,52	2,57
	Vд, м/с	1,83	1,97	2,18	2,32	2,41	2,50	2,57
	Nкр, кВт	43,7	46,3	46,2	42,5	18,3	0,00	0,00
	gкр, г/кВтч	565,2	535,6	530,3	550,6	945,4	?	?
VIII пер. iтр2= 25,06	Рк, кН	30,3	29,9	27,9	25,3	15,7	7,0	0
	Рf, кН	9,9
	, %	2,8	2,7	2,3	2,2	1,5	0,6	0
	Ркр, кН	20,4	20,0	18,0	15,4	5,8	0,00	0,00
	Vт, м/с	2,18	2,32	2,56	2,72	2,8	2,88	2,94
	Vд, м/с	2,12	2,26	2,5	2,66	2,76	2,86	2,94
	Nкр, кВт	43,2	45,2	45,0	40,9	16,0	0,00	0,00
	gкр, г/кВтч	571,8	548,7	544,4	572,1	1081,3	?	?
Задний ход (III) iтр2= 37,83	Рк, кН	45,5	44,9	41,8	37,9	23,5	10,5	0,00
	Рf, кН	9,9
	, %	9	8	7	4	2	1	0
	Ркр, кН	35,6	35,0	31,9	28,0	13,6	0,6	0,00
	Vт, м/с	1,43	1,5	1,68	1,79	1,84	1,89	1,93
	Vд, м/с	1,3	1,38	1,56	1,72	1,8	1,87	1,93
	Nкр, кВт	46,3	48,3	49,8	48,2	24,5	1,1	0,00
	gкр, г/кВтч	533,4	513,5	491,9	485,5	706,1	10818,2	?

Анализ тяговой характеристики трактора

Используя совмещенный график тяговой характеристики (потенциальной и на передачах) трактора (см. рис. 1.6), определим:

Оптимальные значения силы тяги и скорости движения трактора;

Р_опт = 31,9

V_опт =1,64

- максимальные значения тяговой мощности и условного тягового КПД трактора;

N_кр.max=52,3

- диапазоны по силе тяги между рабочими передачами;

Д_{кр. max}=Р_{кр. max} /G_сц=45,5/84,20=0,54

- номинальные значения силы тяги и скорости движения трактора и максимальные значения тяговой мощности трактора на каждой передаче;

Передача	Рном, кН	Vном, м/с	Nкр.max, кВт
4	38,0	1,31	49,8
5	31,9	1,64	52,3
6	27,0	1,64	48,5
7	22,5	1,74	47,0
8	19,0	2,39	45,5

- диапазоны по силе тяги между рабочими передачами

Р_кр.4-5=6,1

Р_кр.5-6=4,9

Р_кр.6-7=4,5

Р_кр.7-8=3,5

2. Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля

Определение коэффициента полезного действия трансмиссии УАЗ-3303

Кинематическая схема трансмиссии автомобиля УАЗ-3303 представлена на рис. 2.1



Рис. 2.1 Кинематическая схема трансмиссии автомобиля УАЗ-3303 А - коробка передач; В - раздаточная коробка

КПД трансмиссии на всех передачах:

,

где, m - число пар цилиндрических шестерен и ЭПР, передающих крутящий момент на данной передаче;

_кард - КПД карданной передачи, _кард = 0,98...0,99;

_ц- КПД цилиндрической пар шестерен, _ц = 0,985...0,990;

_к - КПД конической пар шестерен, _к = 0,975...0,980;

Результаты расчетов заносятся в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Характеристика трансмиссии автомобиля по передачам

Передачи	Шестерни, передающие крутящий момент	m	iт	т
I	1-4-6-3-9-10-11-12-14-15	4	18,3	0,895
II	1-4-5-2-9-10-11-12-14-15	4	10,4	0,895
III	(1-С)-9-10-11-12-14-15	3	5,9	0,92
Задний ход	1-4-7-8-6-3-9-10-11-12-14-15	5	22,0	0,88

Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Крутящий момент на валу двигателя

Нм,

где, N_e-эффективная мощность двигателя, кВт;

п_дв - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин

Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Скоростная характеристика автомобильного двигателя

Параметры	Частота вращения коленвала, мин-1
	п1	п2	п3	п4	п5	п6	п7	п8
	1000	1400	1800	2200	3000	3400	3800	4000
Ne, кВт	16,2	23,5	30,9	38,2	48,1	50,7	52,9	55,2
Мк, Нм	154,7	160,3	163,9	165,8	153	142,4	132,9	131,8

По данным табл. 2.2 на миллиметровой построим график внешней скоростной характеристики двигателя (см. рис. 2.2).

Определение данных для построения динамической характеристики автомобиля УАЗ-3303

- касательная сила тяги

, кН

r_к -радиус колеса, r_к=0,36м

- скорость движения автомобиля

, м/с

где, r_д - динамический радиус качения колеса с учетом деформации шин от осевой нагрузки, r_д 0,8...0,9 r_к

- сила аэродинамического сопротивления

, кН

где, k - коэффициент обтекаемости, Нс²/м⁴ (k=0,6Нс²/м⁴)

F - площадь миделя (лобового сечения), м² (F=2,9 м²)

- избыточная сила тяги автомобиля

Р_изб = Р_к - Р_w, кН

- динамический фактор автомобиля

,

где G_a -сила тяжести автомобиля с грузом, кН

G_a=15,10·1,15=17,37кН

Результаты расчетов параметров автомобиля УАЗ-3303 заносим в табл. 2.3.

Таблица 2.3 Расчетные параметры работы автомобиля по передачам

№№ передач	Расчетные параметры	Показатели работы двигателя
		nдв, мин-1	1000	1400	1800	2200	3000	3400	3800	4000
		Мк, Н·м	154,7	160,3	163,9	165,8	153	142,4	132,9	131,8
I пер. iтр1 = 18,3	Рк, кН	7,0	7,3	7,46	7,5	6,9	6,5	6,0	5,9
	Va, м/с	1,66	2,3	2,99	3,66	4,99	5,67	6,3	6,7
	Pw, кН	0,0048	0,0092	0,016	0,023	0,043	0,056	0,069	0,078
	(Рк - Pw), кН	6,99	7,29	7,44	7,48	6,86	6,44	5,93	5,82
	D	0,402	0,42	0,428	0,431	0,395	0,371	0,341	0,335
II пер. iтр2 = 10,4	Рк, кН	3,99	4,1	4,2	4,3	3,95	3,68	3,44	3,4
	Va, м/с	2,93	4,1	5,3	6,4	8,78	9,95	11,1	11,7
	Pw, кН	0,0149	0,0293	0,0489	0,0712	0,134	0,172	0,214	0,238
	(Рк - Pw), кН	3,98	4,07	4,15	4,23	3,82	3,51	3,23	3,16
	D	0,229	0,234	0,239	0,244	0,22	0,202	0,186	0,182
III пер. iтр3 = 5,9	Рк, кН	2,33	2,42	2,47	2,50	2,31	2,15	2,00	1,98
	Va, м/с	5,17	7,24	9,31	11,37	15,51	17,68	19,64	20,68
	Pw, кН	0,047	0,091	0,151	0,225	0,419	0,544	0,671	0,744
	(Рк - Pw), кН	2,28	2,33	2,32	2,28	1,89	1,61	1,33	1,24
	D	0,131	0,134	0,133	0,131	0,109	0,093	0,077	0,071
Задний ход iтрз.х = 22,0	Рк, кН	8,32	8,62	8,81	8,92	8,23	7,66	7,15	7,09
	Va, м/с	1,39	1,94	2,49	3,05	4,16	4,71	5,27	5,55
	Pw, кН	0,0034	0,0065	0,011	0,016	0,03	0,039	0,048	0,053
	(Рк - Pw), кН	8,317	8,61	8,79	8,904	8,2	7,62	7,1	7,04
	D	0,479	0,496	0,507	0,513	0,472	0,439	0,409	0,405

По данным табл. 2.3 строим график динамической характеристики автомобиля (рис. 2.3).

Анализ динамической характеристики автомобиля

- максимальный динамический фактор и критические скорости движения автомобиля на каждой передаче;

D_I =0,431; V_I.кр =3,66 м/с

D_II =0,244; V_II.кр = 6,4 м/с

D_III =0,134; V_III.кр = 7,24 м/с

D_з.х.= 0,513; V_з.х.кр = 3,05 м/с

- максимальная и средняя эксплуатационная скорости движения автомобиля на дороге с коэффициентом суммарного сопротивления = 0,12

V_a.max=20,68 м/с _a.сред = 10,34 м/с

3. Определение углов продольной и поперечной статической устойчивости трактора Т-4А и автомобиля УАЗ-3303

Рисунок 3.1 Схемы сил, действующих на трактор Т-4А при стоянке на критических углах подъема и спуска

Предельные углы продольной статической устойчивости трактора Т-4А

Рисунок 3.2 Схемы сил, действующих на автомобиль УАЗ-3303 при стоянке на критических углах подъема и спуска

Предельные углы продольной и статической устойчивости автомобиля УАЗ-3303

Предельные углы на подъеме и спуске из условий сползания автомобиля УАЗ-3303, стоящего на пашне

- сползание автомобиля начнется раньше опрокидывания.

Рисунок 3.3 Схема сил, действующих на трактор Т-4А во время стоянки при наклоне вправо и влево

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором трактор Т-4А не опрокидывается

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором трактор Т-4А не сползает, стоя на стерне

- сползание трактора начнется раньше опрокидывания

Рисунок 3.4 Схема сил, действующих на автомобиль УАЗ-3303 во время стоянки при наклоне вправо и влево

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором автомобиль УАЗ-3303 не опрокидывается

;

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором автомобиль УАЗ-3303 не сползает, стоя на асфальте

- сползание автомобиля начнется раньше опрокидывания.

Список литературы

1. МУ по выполнению КР по темам: «Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора»; «Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля»; « Определение углов статической устойчивости трактора и автомобиля», Бердов Е. И. Изгарев Г. М. Алябьев В. А. - Челябинск 2010.

2. Кычев В.Н, Бердов Е.И. Основы теории и анализ конструкций тракторов и автомобилей. Курс лекций. - Челябинск: ООП ЧГАУ, 2004. - 140 с., ил.

3. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Агропромиздат, 1986. - 383 с., ил.

4. Гуськов В.В. Тракторы. Теория. - М.: Машиностроение, 1988. - 376 с., ил.

5. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Колос, 1972. - 384 с., ил.

6. Тракторы и автомобили /Под. ред. В.А. Скотникова. - М.: Агропромиздат, 1986. - 383 с., ил

7. Стандарт предприятия. Проекты (работы) курсовые и дипломные. Общие требования к оформлению. СТП ЧГАУ 2-2003. Челябинск, 2003.

Размещено на Allbest.ru

...