Расчет характеристик трактора и автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Челябинская государственная агроинженерная академия

Факультет заочного образования

Кафедра «Тракторов и автомобилей»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема:

Расчет характеристик трактора и автомобиля

Челябинск 2015



ЗАДАНИЕ

Для выполнения курсовой работы

Студенту 4 курса факультета заочного образования специальности «Агроинженерия: технические системы в агробизнесе» Ведерникову Антону Павловичу шифр 11083

1. Рассчитать, построить и дать анализ тяговой характеристики трактора Т-150 , имеющего эксплуатационную массу 7700 кг и работающего на почвенном фоне стерня .

2. Рассчитать, построить и дать анализ динамической характеристики автомобиля МАЗ-5335 , имеющего полную массу, превышающую в 1,3 раз его конструктивную массу.

3. Определить и проанализировать статическую продольную и поперечную устойчивость трактора Т-150 и автомобиля МАЗ-5335 .



1. Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора

1.1 Определение и анализ тяговой характеристики трактора

Кинематическая схема рассматриваемого трактора Т-150 приведена на Рис. 1. Запишем в таблицу 1.1 цепи шестерен, передающих крутящий момент на каждой передаче. Значения передаточного числа каждой цепи указаны в приложении 7. Используя формулу, найдем КПД трансмиссии на шести выбранных передачах:

,

где_ц,_к - КПД соответственно цилиндрической и конической пар шестерен;

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

_г - КПД ведущего участка гусеничного движителя;

- коэффициент, определяющий, какую часть номинального крутящего момента двигателя (М_дв.н) составляет момент холостого хода трансмиссии трактора.

Учитывая современный уровень технологии изготовления шестерен, подшипников и гусениц, а также номинальный тепловой режим трансмиссии тракторов и автомобилей, принимаем

h_ц = 0,990; h_г = 0,850;

h_к = 0,980; Е = 0,050.

Следовательно

Рисунок 1 - Кинематическая схема трансмиссии гусеничного трактора Т-150

Таблица 1.1

Характеристика трансмиссии трактора по передачам

Передачи	Шестерни, передающие крутящий момент	Передаточное число	m	n	т
4	1-2-12-21-20-K	26.89	3	1	0,768
5	5-4-4-13-21-20-K	24.97	3	1	0,768
6	5-4-6-14-21-20-K	22.12	3	1	0,768
7	5-4-8-15-21-20-K	19.64	3	1	0,768
8	5-4-2-12-21-20-K	17.97	3	1	0,768

1.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для трактора со ступенчатой трансмиссией изменение нагрузки на крюке и, следовательно, нагрузки на двигатель при неизменном положении рычага управления всережимным регулятором топливного насоса высокого давления (ТНВД) приводит к изменению частоты вращения коленчатого вала, которое сопровождается изменением крутящего момента, мощности, часового и удельного расходов топлива и других параметров.

Изменение энергетических и топливо-экономических показателей двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении рычага управления всережимным регулятором (ТНВД) называется скоростной характеристикой дизельного двигателя.

На рассматриваемом нами тракторе Т-150 устанавливается дизельный двигатель марки СМД-60. Технические характеристики двигателя приведены ниже.

Марка трактора	Марка двигателя	Число цилиндров	цилиндра, мм	Ход поршня, мм	Номинальная эксплуатационная мощность, кВт	Номинальная частота вращ. вала, мин-1	Удельный эф. расход топлива, л/кВтч
Т-150	СМД60	6v	130	115	118	2000	252

Для построения его скоростной характеристики в графическом виде, занесем имеющиеся данные в таблицу 1.2 и произведем необходимые расчеты.

Таблица 1.2

Параметры внешней скоростной характеристики двигателя СМД при работе с всережимным регулятором

Параметры и размерность	Частота вращения коленвала, мин-1
	nм	...	...	nн	...	...	nхх
n, мин-1	1400	1600	1800	2000	2050	2100	2140
Ne, кВт	99.1	109.5	115.9	118	77.2	34.3	0
Мк, Нм	676.2	654	615	563.5	360	156	0
ge, г/кВтч	277.2	265	257	252	272.8	304.8	?
Gт, кг/ч	27.4	29	29.15	29.7	24.5	18.5	8.91

На оси абсцисс отмечаем характерные значения частоты вращения коленвала двигателя:

n_н - номинальная частота вращения;

n_м - частота вращения при максимальном крутящем моменте:

n_м =1400;

n_хх - максимальная частота вращения коленвала на холостом ходу:

n_хх = (1 + _р) n_н = (1 + 0,07)2000

где _р - степень неравномерности всережимного регулятора ТНВД (для большинства автотракторных дизелей _р = 0,06...0,08).

На регуляторном участке характеристики (от n_хх до n_н) и на корректорном участке характеристики (от n_н до n_м) намечаем по два промежуточных значения частоты вращения, которые вписываем в таблицу 1.2.

Вычисляем крутящий момент двигателя, работающего на режиме номинальной мощности:

Mkн = 9550(118/2000) = 563.5

после чего находим максимальный крутящий момент

МК.МАХ = 563.5(20+100)/100 = 676.2

где _к - корректорный коэффициент запаса крутящего момента (для большинства отечественных автотракторных дизелей к = (15…20)%).

Графическое построение внешней скоростной характеристики дизеля начинаем с того, что на шкале ординат в масштабе отмечаем три точки, соответствующие М_к.хх = 0; М_к.н и М_к.max (предварительно построив шкалу частоты вращения коленвала). На регуляторном участке отмеченные точки соединяем прямой линией, а на корректорном - выпуклой кривой (по лекалу).

Затем для выбранных значений n_дв на корректорном участке по графику определяем промежуточные значения М_к и вписываем в таблицу 1.2. Далее находим значения N_e на корректорном участке

, кВт

и заносим в соответствующие ячейки таблицы 1.2.

Построение кривой изменения удельного эффективного расхода топлива g_e начинаем с точки, соответствующей режиму номинальной мощности двигателя.

Удельный эффективный расход топлива при максимальном крутящем моменте (g_е.м) обычно на (8...12) % больше, чем на режиме номинальной мощности. Учитывая изложенное, строим точки g_е.н, g_е.м и соединяем их вогнутой кривой (по лекалу). Значения промежуточных точек вписываем в таблицу 1.2 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. 1.2 соответствующие значения G_т для регуляторного участка характеристики, затем рассчитываем и строим окончательно кривую g_е, используя зависимость

, г/кВтч.

1.3 Построение кривой буксования

При тяговом расчете трактора принимается, что на заданном почвенном фоне для каждого типа движителя величина буксования зависит от удельной силы тяги D_кр, которая представляет собой отношение силы тяги Р_кр к сцепному весу G_сц трактора:

D_кр = Р_кр / G_сц.

Соотношение между буксованием и удельной силой тяги приведено в табл. 1.3.

В реализации силы тяги участвует только сцепной вес трактора G_сц.

Для колесных тракторов со всеми ведущими колесами и для гусеничных тракторов сцепной вес равен эксплуатационному весу трактора.

Таблица 1.3

Буксование и удельная сила тяги гусеничных тракторов

Буксование, %	0	2	3	5	10	20	40	70	100
Dкр	стерня	0	0,45	0,56	0,64	0,71	0,78	0,82	0,84	0,85
	пашня	0	0,27	0,38	0,47	0,55	0,64	0,67	0,69	0,70

Используя данные таблицы, определяем силу тяги трактора при заданных величинах удельной силы тяги и буксования по формуле

Р_кр = D_кр G_сц, кН.

Результаты расчета кривой буксования в табл. 1.4 и на листе миллиметровой бумаги формата А4.

Таблица 1.4

Характеристика кривой буксирования

Буксование	0	2	3	5	10	20	40	70	100
Dкр,	0	0,45	0,56	0,64	0,71	0,78	0,82	0,84	0,85
Ркр	0	34.65	43.12	49.28	54.67	60.06	63.14	64.68	65.45



1.4 Выбор и расчет скоростных режимов работы двигателя для определения параметров тяговой характеристики трактора

Принимаем рассчитанные ранее значения частоты вращения коленчатого вала двигателя n и записываем из табл. 1.2 в соответствующие ячейки таблицы 1.5 значения крутящего момента М_к, эффективной мощности N_e и часового расхода топлива G_т для принятых скоростных режимов.

Таблица 1.5

Расчетные параметры скоростной и тяговой характеристик трактора по передачам

4	Рк, кН	39,34	38,05	35,78	32,78	20,94	9,08	0,00
	Рf, кН	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66
	%	1,94	1,86	1,73	1,55	0,85	0,14	?
	Ркр, кН	32,68	31,39	29,12	26,12	14,28	2,42	?
	Vт, м/с	1,94	2,22	2,50	2,77	2,84	2,91	2,97
	Vд, м/с	1,90	2,18	2,45	2,73	2,82	2,91	2,98
	Nкр, кВт	62,19	68,32	71,40	71,30	40,24	7,02	?
	gкр, г/кВт?ч	440,60	401,08	383,77	384,31	680,86	3903,04	?
5	Рк, кН	36,53	35,33	33,22	30,44	19,45	8,43	0,00
	Рf, кН	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66
	%	1,77	1,70	1,57	1,41	0,76	0,10	?
	Ркр, кН	29,87	28,67	26,56	23,78	12,79	1,77	?
	Vт, м/с	2,09	2,39	2,69	2,99	3,06	3,13	3,19
	Vд, м/с	2,05	2,35	2,64	2,94	3,04	3,13	3,21
	Nкр, кВт	61,32	67,31	70,25	70,00	38,83	5,53	?
	gкр, г/кВт?ч	446,86	407,06	390,04	391,45	705,55	4951,49	?
6	Рк, кН	32,36	31,30	29,43	26,97	17,23	7,47	0,00
	Рf, кН	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66
	%	1,52	1,46	1,35	1,20	0,63	0,05	?
	Ркр, кН	25,70	24,64	22,77	20,31	10,57	0,81	?
	Vт, м/с	2,36	2,70	3,03	3,37	3,45	3,54	3,61
	Vд, м/с	2,32	2,66	2,99	3,33	3,43	3,54	3,62
	Nкр, кВт	59,70	65,46	68,14	67,61	36,28	2,85	?
	gкр, г/кВт. ч	458,92	418,61	402,14	405,25	755,31	9620,37	?
7	Рк, кН	28,73	27,79	26,13	23,94	15,30	6,63	0,00
	Рf, кН	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66
	%	1,31	1,25	1,15	1,02	0,51	0,00	?
	Ркр, кН	22,07	21,13	19,47	17,28	8,64	?	?
	Vт, м/с	2,66	3,04	3,42	3,80	3,89	3,99	4,06
	Vд, м/с	2,62	3,00	3,38	3,76	3,87	3,99	4,08
	Nкр, кВт	57,88	63,35	65,75	64,93	33,43	?	?
	gкр, г/кВт. ч	473,42	432,49	416,74	422,00	819,67	?	?
8	Рк, кН	26,29	25,42	23,91	21,91	14,00	6,06	0,00
	Рf, кН	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66	6,66
	%	1,16	1,11	1,02	0,90	0,43	?	?
	Ркр, кН	19,63	18,76	17,25	15,25	7,34	?	?
	Vт, м/с	2,90	3,32	3,73	4,15	4,25	4,36	4,44
	Vд, м/с	2,87	3,28	3,70	4,11	4,23	4,36	4,46
	Nкр, кВт	56,34	61,59	63,74	62,68	31,06	?	?
	gкр, г/кВт. ч	486,36	444,91	429,85	437,14	882,26	?	?
Расчетные данные	1400	1600	1800	2000	2050	2100	2140
		676,2	654	615	563,5	360	156	0
		99,1	109,5	115,9	118	77,2	34,3	0
		27,4	29	29,15	29,7	24,5	18,5	8,91

1.5 Определение данных для построения тяговой характеристики трактора

Задаваясь принятыми частотами вращения коленвала двигателя n и соответствующими этим частотам крутящими моментами М_к, определяем для каждой из пяти выбранных передач и заносим в табл. 1.5 следующие параметры: касательную силу тяги на ведущих колесах

, кН,

силу сопротивления самопередвижению трактора

Р_f = 10^-3f G_э g, кН,

силу тяги трактора

Р_кр = Р_к - Р_f , кН,

теоретическую скорость движения трактора

, м/с,

действительную скорость движения трактора

, м/с,

где r_к - радиус качения ведущих колес, м; f - коэффициент сопротивления самопередвижению трактора; G_э - эксплуатационный вес трактора, кг; g = 9,81 мс^-2 - ускорение свободного падения; i_т - общее передаточное число трансмиссии на данной передаче; _т - КПД трансмиссии на данной передаче,

тяговую (крюковую) 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.

По данным табл. 1.5 на миллиметровой бумаге строим тяговую характеристику трактора Т-150 на пяти передачах. Проведя плавные кривые, касающиеся точек перегиба кривых тяговой мощности и действительной скорости движения трактора на различных передачах, получаем потенциальную тяговую характеристику трактора.

тяговый трактор скоростной автомобиль



2. Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля

2.1 Определение коэффициента полезного действия трансмиссии автомобиля

Кинематическая схема трансмиссии автомобиля МАЗ-5335 приведена на рис. 2.1. Определим 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).

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема трансмиссии автомобиля МАЗ-5335



Результаты расчетов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Характеристика трансмиссии автомобиля по передачам

Передача	Шестерни, передающие вращающий момент	m	iт	зT
1	Z8-Z2,Z7-Z1;Z15-Z14,Z17-Z16	2	33.60	0,89
2	Z10-Z2,Z5-Z1;Z15-Z14,Z17-Z16	2	18.55	0,89
3	Z9-Z2,Z6-Z1;Z15-Z14,Z17-Z16	2	9.86	0,89
4	Z1;Z15-Z14,Z17-Z16	1	5.46	0,90
5	Z8-Z12-Z2,Z13-Z7-Z1;Z15-Z14,Z17-Z16	4	4.26	0,87

2.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя производится по нижеприведенным данным на листе миллиметровой бумаги.

Таблица 2.2

Параметры	Частота вращения коленвала, мин-1
	1000	1100	1300	1500	1700	1900	2100
Ne	55.9	73.5	90.4	105,1	115.4	127.2	132.4
Мк	533.8	638.1	664.1	669.1	648.3	639.3	602.1
Gт	14,2	18	21,8	24,8	27,5	31	32,7

Крутящий момент на валу двигателя при этом определяется по формуле

, Н•м

где N_e - эффективная мощность двигателя, кВт;

n_дв - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

2.3 Методика расчета данных для построения динамической характеристики автомобиля

На внешней скоростной характеристике двигателя выбираем семь значений частот вращения коленчатого вала двигателя и соответствующие им значения крутящего момента, которые указаны в таблице. Для каждого режима работы двигателя на каждой передаче определяем:

касательная сила тяги

, кН,

где r_д - динамический радиус качения колеса с учетом деформации шин от осевой нагрузки (r_д 0,8...0,9 r_к), значения r_к для данного автомобиля берется из Приложения 6.

скорость движения автомобиля

, м/с,

сила аэродинамического сопротивления

, кН,

где k - коэффициент обтекаемости, Нс²/м⁴;

F - площадь миделя (лобового сечения), м²

избыточная сила тяги автомобиля

Р_изб = Р_к - Р_w, кН



динамический фактор автомобиля

,

где G_a -сила тяжести автомобиля с грузом, кН.

Результаты расчетов по приведенным выше формулам заносим в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Расчетные параметры работы автомобиля по передачам

№№	Расчетные параметры	Показатели работы двигателя
		1000	1100	1300	1500	1700	1900	2100
		533,85	638,11	664,09	669,14	648,28	639,35	602,10
1	Рк, кН	33,26	39,75	41,37	41,69	40,39	39,83	37,51
	Va, м/с	1,50	1,65	1,95	2,25	2,55	2,85	3,15
	Pw, кН	0,006	0,008	0,011	0,014	0,019	0,023	0,028
	(Рк - Pw), кН	33,25	39,75	41,36	41,67	40,37	39,81	37,48
	D	0,380	0,455	0,473	0,477	0,462	0,455	0,429
2	Рк, кН	18,36	21,95	22,84	23,01	22,30	21,99	20,71
	Va, м/с	2,72	2,99	3,53	4,08	4,62	5,16	5,71
	Pw, кН	0,021	0,026	0,036	0,048	0,061	0,076	0,093
	(Рк - Pw), кН	18,34	21,92	22,81	22,97	22,24	21,91	20,62
	D	0,210	0,251	0,261	0,263	0,254	0,241	0,236
3	Рк, кН	9,76	11,67	12,14	12,23	11,85	11,69	11,01
	Va, м/с	5,11	5,62	6,65	7,67	8,69	9,71	10,73
	Pw, кН	0,075	0,090	0,126	0,168	0,216	0,270	0,330
	(Рк - Pw), кН	9,69	11,58	12,01	12,06	11,64	11,42	10,68
	D	0,111	0,132	0,137	0,138	0,133	0,131	0,122
4	Рк, кН	5,47	6,53	6,80	6,85	6,64	6,55	6,16
	Va, м/с	9,23	10,15	12,00	13,85	15,69	17,54	19,38
	Pw, кН	0,244	0,295	0,412	0,549	0,705	0,880	1,075
	(Рк - Pw), кН	5,22	6,24	6,39	6,30	5,93	5,66	5,09
	D	0,060	0,071	0,073	0,072	0,068	0,065	0,058
5	Рк, кН	4,12	4,93	5,13	5,17	5,01	4,94	4,65
	Va, м/с	11,83	13,01	15,38	17,75	20,11	22,48	24,85
	Pw, кН	0,401	0,485	0,677	0,901	1,158	1,446	1,767
	(Рк - Pw), кН	3,72	4,44	4,45	4,27	3,85	3,49	2,88
	D	0,043	0,051	0,051	0,049	0,044	0,040	0,033

По данным табл. 2.3 строим график динамической характеристики автомобиля.



3. Определение углов продольной и поперечной статической устойчивости трактора и автомобиля

Статистические улы продольной устойчивости гусеничных тракторов (по опрокидыванию) на подъеме и склоне определяются по формулам:

Tgб_п = (0.5Lгус+а₀)/h_ц.т = (900+96)/773 = 1,29 б_п = arctg1,29 = 52?

Tgб?_п = (0.5Lгус-а₀)/h_ц.т = (900-96)/773 = 1,04 б_п = arctg1,04 = 46?

Где Lгус-база (между крайними опорными катками)=1800мм

h_ц.т-высота центра масс а-смещение центра масс

Статический угол поперечного уклона гусеничного трактора(по опрокидыванию) определяется по формуле:

Tgв_п = 0,5(В+в)/ h_ц.т = 0.5(1435+390)/773 = 1,18 в_п=arctg1,18 = 49,7?

Где В-колея (по центру гусениц);в-ширина звена гусеницы



Статические углы продольной устойчивости автомобиля (на опрокидывание)

На подъеме и склоне определяются по формуле:

Tgб_п = а/ h_ц.т = 1850/900=2.06 б_п = arctg2.06 = 64?

Tgб?_п = (L-a)/ h_ц.т = (3950-1850)/900 = 2,3 б_п = arctg2,3=66?

Где а-расстояние центра тяжести по горизонтали от задней оси=1850мм

L-база = 3950

h_ц.т-высота центра масс=900

Статический угол поперечного уклона автомобиля(по опрокидыванию) определяется по формуле:

Tgв_п = 0.5B/ h_ц.т = 0.5*1970/900 = 1.09 в_п = arctg1,09 = 47?

Где В-колея передних колес=1970



Литерат...