Оценка эксплуатационных качеств трактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовой проект

1. Построить и дать анализ тяговой характеристики трактора К-701 имеющего эксплуатационную массу 13900 кг и работающего на почвенном фоне пашня

2. Построить и дать анализ динамической характеристики автомобиля КамАЗ-5320, имеющего, превышающую в 1,5 раза его конструктивную массу

3. Проанализировать статическую продольную и поперечную устойчивость трактора К-701 и автомобиля КамАЗ-5320

Содержание

Исходные данные

Техническая характеристика трактора К-701

Техническая характеристика автомобиля КамАЗ-5320

Введение

1. Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора

1.1 Определение КПД трансмиссии трактора

1.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

1.3 Построение кривой буксирования

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

1.5 Определение данных для построения тяговой характеристики трактора

1.6 Анализ тяговой характеристики трактора со ступенчатой трансмиссией

2. Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля

2.1 Определение коэффициента полезного действия трансмиссии

2.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

2.3 Методика определения данных для построения динамической

характеристики автомобиля

2.4 Анализ динамической характеристики автомобиля

3. Определение углов статической устойчивости трактора и автомобиля

Список литературы

Исходные данные

Сцепной вес трактора 13900 кг

Отношение полной массы к конструктивной массе автомобиля 1,5

Марка трактора К-701

Марка автомобиля КамАЗ-5320

Почвенный фон пашня

Техническая характеристика трактора К-701

Тяговый класс 5

Колесная формула 4К4б

Эксплуатационная масса 13500 кг

База 3200 мм

Колея 2115 мм

Расстояние по горизонтали от центра масс трактора до осей ведущих

колес 2200 мм

Высота центра масс 1200 мм

Радиус ведущих колес 780 мм

Техническая характеристика автомобиля КамАЗ -5320

Грузоподъемность 8 т

Собственная масса автомобиля 7080 кг

База автомобиля 3190 мм

Ширина колеи передних колес 2025 мм

Ширина колеи задних колес 1850 мм

Расстояние по горизонтали от центра масс до задней оси 2340 мм

Высота центра масс над опорной поверхностью 920 мм

Площадь лобового сечения 5 м²

Радиус качения колеса 484 мм

Введение

Основной задачей курсовой работы является систематизация и закрепление знаний по основам теории трактора, излагаемых в лекциях. В результате выполнения данной работы студент должен получить навыки анализа и оценки эксплуатационных качеств трактора и четко уяснить, как влияют нагрузочные и скоростные режимы работы трактора и почвенные условия на его тяговые качества, мощность и топливную экономичность. Расчет показателей трактора необходим для построения его тяговой характеристики.

Творческое выполнение курсовой работы, понимание логичной взаимосвязи управлений, применяемых в расчетах, осмысленный выбор коэффициентов является основой получения знаний, необходимых инженеру сельскохозяйственного производства в практической деятельности.

1. Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора

1.1 Определение КПД трансмиссии трактора

Вычертить кинематическую схему трансмиссии трактора-прототипа, указанного в задании величину (рисунок 1.1). Используя уравнения (1.1), найти значения КПД трансмиссии на пяти высших передачах. Значение передаточных чисел, количество пар цилиндрических и конических шестерен, передающих крутящий момент на каждой передаче, и КПД занести в таблицу 1.2.

Таблица 1.1 - Характеристика трансмиссии трактора по передачам

Диапазон	Передача	Шестерни, передающие поток мощности	m	n
III	10	4-14-19-20-16-15-10-9-8-7-6	4	1	44.5	0.881
	11	2-18-19-20-16-1-10-9-8-7-6	4	1	36.97	0.881
	12	25-21-19-20-16-15-10-9-8-7-6	4	1	32.41	0.881
IV	13	5-11-3-17-16-15-10-9-8-7-6	4	1	27.83	0.881
	14	4-14-3-17-16-15-10-9-8-7-6	4	1	22.95	0.881

КПД трансмиссии можно определить по формуле:

где: КПД цилиндрической пары шестерен или эпициклического планетарного ряда (ЭПР),

КПД конических пар шестерен,

n - число пар конических шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче;

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

КПД ведущего участка колесного движителя, ;

коэффициент, определяющий, какую часть номинального крутящего момента двигателя (М_ц) составляет момент холостого хода, . трактор тяговый камаз устойчивость

Рисунок 1.1 - Кинематическая схема трансмиссии колесного трактора- прототипа

А - сцепление; В - двухскоростной редуктор привода вала отбора мощности (ВОМ); С - редуктор-удваиватель числа передач; D - коробка передач; Е - центральная передача с дифференциалом; F - конечная передача; Н - дисковый тормоз; J - зубчатая муфта переключения ВОМ на независимый и синхронный привода; К - планетарный редуктор ВОМ; L - приводной шкив; М - муфта блокировки дифференциала; N - привод к насосу навесной системы; P - привод бокового ВОМ; Q - ходоуменьшитель.

1.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Для трактора со ступенчатой трансмиссией изменение нагрузки на крюке и соответственно нагрузки на двигатель при постоянном положении рычага управления регулятором приводит к изменению частоты вращения коленчатого вала, которое сопровождается изменением крутящего момента, мощности, часового и удельного расхода топлива и других величин. Изменение энергетических и топливно-экономических показателей двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении рычага управления регулятором называется скоростной характеристикой дизельного двигателя.

Изменение показателей двигателя при постоянном положении рычага управления регулятором определяется в основном настройкой регулятора и корректора его топливного насоса. Для учебных целей допустимо принять идентичный характер кривых скоростной характеристики большинства тракторных дизелей. С учетом этого скоростную характеристику можно рассчитать и построить, зная номинальные параметры двигателя, определенные в первом этапе, и используя типичные зависимости и коэффициенты, регламентируемые стандартом для тракторных дизелей с всережимным регулятором.

Таблица 1.2 - Параметры внешней скоростной характеристики двигателя ЯМЗ-240 при работе с всережимным регулятором

Параметры и размерность	Частота вращения коленвала, мин-1
	1470	1680	1890	2100	2150	2200	2247
, кВт	181	201	217	221	152	81.3	0
, Н·м	1176	1147	1095	1005	675	353	0
, г/кВт·ч	291	275.6	267.6	265	291	369	?
, кг/ч	52.7	55.4	58	58.6	44.3	30	14.6

На оси абсцисс отмечаются характерные значения частоты вращения коленвала двигателя:

номинальная частота вращения;

частота вращения при максимальном крутящем моменте:

максимальная частота вращения коленвала на холостом ходу:

где: степень неравномерности всережимного регулятора ТНВД,

(.

На регуляторном участке характеристики (от до и на корректорном участке характеристики (от до ) намечаются по два промежуточных значения частоты вращения, которые вписываются в таблицу 1.9.

Затем вычисляем крутящий момент двигателя, работающего на режиме номинальной мощности:

Находим максимальный крутящий момент:

где: корректорный коэффициент запаса крутящего момента (.

Графическое построения внешней скоростной характеристики дизеля начинают с того, что на шкале ординат в выбранном масштабе отмечают три точки, соответствующие предварительно построив шкалу частоты вращения коленвала, как показано на рисунке 1.4. На регуляторном участке отмеченные точки соединяют прямой линией, а на корректорном - выпускной кривой.

Затем для выбранных значений на корректорном участке по графику определяют промежуточные значения и вписывают в таблицу 1.9. Далее определяют значения на корректорном участке по формуле 1.25 и заносят в с таблицу 1.9.

Построение кривой изменения удельного эффективного расхода топлива начинают с точки, соответствующей режиму номинальной мощности двигателя (рисунок 1.4).

Удельный эффективный расход топлива при максимальном крутящем моменте () обычно на (8…12%) больше, чем на режиме номинальной мощности. Учитывая изложенное, строим точки и соединяем их вогнутой кривой.

Значение промежуточных точек вписывают в таблицу 1.9 и вычисляют часовой расход топлива для корректорного участка характеристики:

Часовой расход топлива при работе двигателя без нагрузки с максимальной частотой вращения коленчатого вала обычно на превышает (25…30%) расхода топлива на режиме номинальной мощности и изменяется на регуляторном участке по линейному закону. Построив линию расхода топлива вписывают в таблицу 1.9 соответствующее значение для регуляторного участка характеристики, затем рассчитываем и строим окончательную кривую по формуле:

1.3 Построение кривой буксования

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

Соотношение между буксованием и удельной силой тяги приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Буксование и удельная сила тяги колесных тракторов

Буксование д, %	0	5	10	20	30	50	70	100
	Пашня	0	0,27	0,38	0,47	0,55	0,64	0,67	0,69

В реализации силы тяги участвует только сцепной вес трактора G_сц. Для колесных тракторов с колесной формулой 4К2 сцепным весом является вес, приходящийся на ведущие колеса.

С учетом перераспределения нормальных реакций на колеса трактора под действием тягового сопротивления, сцепной вес для тракторов с колесной формулой 4К2 определяется по формуле:

где: эксплуатационный вес трактора, кг;

Используя данные таблицы 1.5, определить силу тяги трактора при заданных величинах удельной силы тяги и буксования по формуле:

Результаты расчета кривой буксования занести в таблицу 1.5 и построить кривую буксования.

Таблица 1.5 - Результаты расчета кривой буксования трактора

	0	0,27	0,38	0,47	0,55	0,64	0,67	0,69
д, %	0	5	10	20	30	50	70	100
, кН	0	31	43.6	54	63.11	73.44	76.8	79

Рисунок 1.3 - Кривая буксования трактора К-701 на заданном почвенном фоне: Пашня

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

Тяговая характеристика трактора получается на основе пересчета скоростной характеристики двигателя при известных величинах передаточных чисел и КПД трансмиссии, радиуса колеса, буксование и сопротивление качению.

Данные необходимые для построения характеристики, следует представить в виде таблицы 1.6.

Таблица 1.6 - Расчетные параметры скоростной и тяговой характеристик

Показатели двигателя	Точки	1	2	3	4	5	6	7
	n, мин-1	1470	1680	1890	2100	2150	2200	2247
	Mk , Н·м	1176	1147	1095	1005	675	353	0
	Ne, кВт	181	201	217	221	152	81.3	0
	GT, кг/ч	52.7	55.4	58	58.6	44.3	30	14.6
Показатели трактора на 1-ой передаче	Pк , кН	59,10	57,65	55,04	50,51	33,93	17,74	0
	Pf , кН	15,89	15,89	15,89	15,89	15,89	15,89	15,89
	д	0,1	0,094	0,07	0,044	0,025	0,003	0
	Pкp , кН	43,21	41,76	39,14	34,62	18,03	1,85	0
	VT , м/с	2,705	3,092	3,478	3,865	3,957	4,049	4,135
	Vд ,м/с	2,702	3,089	3,476	3,863	3,956	4,049	4,135
	Nкр , кВт	116,8	129	133,1	136,8	71,35	7,492	0
	gкр , г/кВт·ч	451,1	429,5	426,3	438,1	620,9	4004	?
Показатели трактора на 2-ой передаче	Pк , кН	49,11	47,9	45,7	42	28,2	14,7	0
	Pf , кН	15,89	15,89	15,9	15,9	15,9	15,9	15,89
	д	0,02	0,01	0,005	0,03	0,003	0,001	0
	Pкp , кН	33,21	32	29,8	26,1	12,3	0	0
	VT , м/с	3,257	3,722	4,19	4,65	4,76	4,87	4,978
	Vд ,м/с	3,256	3,721	4,19	4,65	4,76	4,87	4,978
	Nкр , кВт	108,1	119,1	121	125	58,6	0	0
	gкр , г/кВт·ч	487,7	465,6	465	483	757	?	?
Показатели трактора на 3-ой передаче	Pк , кН	43,05	41,99	40,1	36,8	24,7	12,9	0
	Pf, кН	15,89	15,89	15,9	15,9	15,9	15,9	15,89
	д	0,18	0,01	0,05	0,03	0,02	0,001	0
	Pкp , кН	27,16	26,1	24,2	20,9	8,82	0	0
	VT , м/с	3,715	4,245	4,78	5,31	5,43	5,56	5,678
	Vд ,м/с	3,708	4,245	4,77	5,31	5,43	5,56	5,678
	Nкр , кВт	100,7	110,8	111	115	47,9	0	0
	gкр , г/кВт·ч	523,3	500,1	502	529	925	?	?
Показатели трактора на 4-ой передаче	Pк , кН	36,97	36,05	34,4	31,6	21,2	11,1	0
	Pf , кН	15,89	15,89	15,9	15,9	15,9	15,9	15,89
	д	0,18	0,1	0,04	0,02	0,01	0,001	0
	Pкp , кН	21,07	20,16	18,5	15,7	5,33	0	0
	VT , м/с	4,326	4,944	5,56	6,18	6,33	6,47	6,613
	Vд ,м/с	4,318	4,939	5,56	6,18	6,33	6,47	6,613
	Nкр , кВт	91	99,58	103	97	33,7	0	0
	gкр , г/кВт·ч	579,1	556,3	563	604	1315	?	?
Показатели трактора на 5-ой передаче	Pк , кН	30,48	29,73	28,4	26,1	17,5	9,15	0
	Pf , кН	15,89	15,89	15,9	15,9	15,9	15,9	15,89
	д	0,01	0,08	0,03	0,02	0,005	0,002	0
	Pкp , кН	14,59	13,84	12,5	10,2	1,6	0	0
	VT , м/с	5,246	5,995	6,74	7,49	7,67	7,85	8,019
	Vд ,м/с	5,245	5,99	6,74	7,49	7,67	7,85	8,019
	Nкр , кВт	76,54	82,91	84.2	76.1	12,3	0	0
	gкр , г/кВт·ч	688,5	668,2	689	770	3598	?	?

1.5 Определение данных для построения тяговой характеристики трактора

В таблицу 1.6 для всех семи точек скоростной характеристики записываются показатели двигателя.

· касательную силу тяги на ведущих колесах:

· силу сопротивления самопередвижению трактора:

(12)

· силу тяги трактора:

· теоретическую скорость движения трактора:

действительную скорость движении трактора:

· тяговую мощность:

· удельный крюковой расход топлива:

По расчетным данным (таблица 1.6) строится тяговая характеристика трактора для пяти передач трансмиссии (рисунок 1.4).



Рисунок 1.4 - Тяговая характеристика трактора К-701 на почвеном фоне Пашня

1.6 Анализ тяговой характеристики трактора со ступенчатой трансмиссией

По мере перехода от низшей передачи к высшей, уменьшается, не смотря на то, что потери от буксования на высших передачах меньше. Происходит это за счет увеличения потерь на качение трактора, которые пропорциональны скорости.

№ передачи	, кВт	,	, м/с	,г/кВт*ч
I	136	34,6	3,86	426,3
II	125	26,1	4,65	465,0
III	115	20,9	5,31	500
IV	103	15,7	6,18	556
V	84	10,2	7,49	668

2. Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля

2.1 Определение коэффициента полезного действия трансмиссии автомобиля

Вычертите кинематическую схему трансмиссии автомобиля (рисунок 2.1), указанного в задании, и определить КПД трансмиссии на всех передачах:

где: n - число пар конических шестерен, передающих крутящий момент на данной передаче;

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

КПД карданной передачи, (

КПД цилиндрической пар шестерен, ();

КПД конической пар шестерен, (.

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема трансмиссии автомобиля

Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Характеристики трансмиссии автомобиля по передачам

Передача	Шестерни, передающие крутящий момент	m
І	1-2-12-11-17-18-19-20-(21-22-23-24)	4	42,46	0,923
ІІ	1-2-10-9-17-18-19-1-20-(21-22-23-24)	4	21,88	0,923
ІІІ	1-2-8-7-17-18-19-1-20-(21-22-23-24)	4	13,58	0,923
ІV	1-2-6-5-17-18-19-1-20-(21-22-23-24)	4	8,31	0,923
V	1-2-4-3-17-18-19-1-20-(21-22-23-24)	4	5,43	0,923

2.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Построение внешней скоростной характеристики автомобильного двигателя (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Скоростная характеристика автомобильного двигателя

Результаты расчетов заносятся в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Скоростная характеристика автомобильного двигателя

Параметры	Частота вращения коленвала, мин-1
	1000	1400	1800	2200	2600	…	n7
, кВт	66,2	95,6	121	141	154
, Н·м	632	652	642	612	565

По данным таблицы 2.2 строится график внешней скоростной характеристики двигателя (рисунок 2.2). Масштаб шкал параметров внешней скоростной характеристики двигателя следует выбирать так, чтобы кривые и были равномерно распределены на графике.

Крутящий момент на валу двигателя при этом определяется по формуле 2.2.

2.3 Методика расчета данных для построения динамической характеристики автомобиля

На внешней скоростной характеристике двигателя выбираются семь значений крутящего момента и соответствующие им частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для каждого режима работы двигателя на каждой передаче определяется:

· касательная сила тяги:

где: динамический радиус качения колеса с учетом деформации шин от осевой нагрузки ( ,

=51,1 кН

· скорость движения автомобиля:

· сила аэродинамического сопротивления:

где: коэффициент обтекаемости, Н·с²/м⁴ ,;

площадь миделя (площадь лобового сечения),;

=0,005,кН

· избыточная сила тяги автомобиля:

· динамический фактор автомобиля:

где: сила тяжести автомобиля с грузом, кН

Результаты расчетов по формулам заносятся в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Расчетные параметры работы автомобиля по передачам

№ передачи	Расчетные параметры	Показатели работы двигателя
		1000	1400	1800	2200	2600
		632	652	642	612	565
І пер.		51,4	52,8	52	49,6	45,8
		1,19	1,63	2,15	2,63	3,11
		0,005	0,009	0,015	0,023	0,032
		51,3	52,7	51,9	49,5	45,7
		0,005	0,0053	0,0052	0,0049	0,0046
ІІ пер.		26,5	27,4	27	25,7	23,7
		2,73	3,22	4,14	5,06	5,98
		0,025	0,034	0,057	0,085	0,032
		26,4	27,3	26,9	25,6	23,6
		0,0026	0,0027	0,0027	0,0025	0,0023
ІІІ пер.		16,47	17	16,7	15,9	14,7
		3,71	5,18	6,66	8,14	9,62
		0,045	0,089	0,146	0,22	0,31
		16,3	16,9	16,5	15,7	14,4
		0,0016	0,0017	0,0016	0,0015	0,0014
ІV пер.		10	10,4	10,3	9,8	9,1
		6,11	8,56	11	13,44	15,88
		0,123	0,242	0,402	0,596	0,832
		9,8	10,2	9,9	9,2	8,3
		0,0009	0,001	0,0009	0,0009	0,0008
V пер.		6,32	6,52	6,48	6,12	5,66
		9,36	13,11	16,92	20,98	24,4
		0,29	0,57	0,95	1,41	1,96
		6,2	5,9	5,5	4,7	3,7
		0,0006	0,0005	0,0005	0,0004	0,0003

2.4 Анализ динамической характеристики автомобиля

№ передачи	Dmax	Vкрит' м/с
I	0,0053	1,63
II	0,0027	4,14
III	0,0017	5,18
IV	0,001	8,56
V	0,0006	9,36

Рисунок 2.3 - Динамические характеристик

3. Определение углов продольной и поперечной статической устойчивости трактора К-701 и автомобиля КАМАЗ-5320

На рисунке 3.1 изображены расчетные схемы для неподвижно стоящих трактора и автомобиля на уклоне, подъеме на наклоне вправо и влево.

Рисунок 3.1 - - Продольная статистическая устойчивость трактора:

Колесного соостветственно на критических углах подъема и спуска;

tg_lim===1,8_lim=56,52 ^о

tg'_lim===0,9'_lim=28,26 ^о



Рисунок 3.2 - Поперечная статистическая устойчивость трактора а - колесного;

tglim===1,2 lim=37,67 ^о

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором трактор К-701 не сползает, стоя на пашне

tg=_к=0,9=37,67 ^о

lim> - сползание трактора начнется раньше опрокидывания

Предельные углы продольной статической устойчивости автомобиля КамАЗ

tg_lim===2_lim=61,20 ^о

tg'_lim===0,9'_lim=45,41 ^о

Предельные углы на подъеме и спуске из условий сползания автомобиля КамАЗ, стоящего на асфальтовой дороге

tg == =0,4_lim=23,36 ^о

tg' == =0,24'_lim=17,80 ^о

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором автомобиль КамАЗ не сползает, стоя на асфальте

tg=_к=0,7=34,99 ^о

lim> - сползание автомобиля начнется раньше опрокидывания

Список литературы

1. Чудаков Д.А. «Основы теории и расчета трактора и автомобиля», М., Колос.,1972.

2.Гуськов В.В. Тракторы. Теория.- М.: Машиностроение, 1988.

3. «Тракторы и автомобили», Методические указания по изучению дисциплины и выполнению заданной контрольной работы ВСХИЗО, М.,1981.

4. Методические указания к изучению конструкции, основ теории и расчёта трактора и автомобилей и выполнения курсовой работы. ЧГАА, 2010.

Размещено на Allbest.ru

...