Тяговая характеристика трактора Т-25A

1. РАСЧЕТ, ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА

1.1 Определение и анализ тяговой характеристики трактора

Вариант 09

Марка трактора	Т-25А
мэ, кг	2450
Rк, м	0,590
Почвенный фон	Стерня
Марка двигателя	Д-120
nH, мин-1	2000
ge, г/кВт•ч	254
NH, кВт	23,6

Рисунок 1.1 - Кинематическая схема трансмиссии трактора Т-25А

А - главный фрикцион (сцепление); В - коробка передач; С - центральная

(главная) передача с дифференциалом; D - ленточный тормоз; Е - конечная

передача; Н - зубчатая муфта включения ВОМ; J - шкив; К - привод

насоса гидронавесной системы

Шестерни	1	2	3	4	5	6(6)	7	8	9	10	11
Число зубьев	14	41	21	36	20	35	31	26	18	39	15
Шестерни	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22
Число зубьев	29	18	59	25	19	19	66	12	57	43	44

Передачи	Вперед и назад
	I	II	III
Работающие шестерни	5-6(6)-9-10- -17-18-19-20	5-6(6)-3-4- -17-18-19-20	5-6(6)-9-10- -15-14-19-20
Передаточное число	62,6	49,5	42,5
Передачи	Вперед и назад
	IV	V	VI
Работающие шестерни	5-6(6)-3-4- -15-14-19-20	5-6(6)-7-8- -17-18-19-20	5-6(6)-7-8- -15-14-19-20
Передаточное число	33,6	24,2	16,4

КПД трансмиссии т можно определить по формуле:

, (1)

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 (для колесного движителя принимается г = 1); - коэффициент, определяющий, какую часть номинального крутящего момента двигателя (Мдв.н) составляет момент холостого хода трансмиссии трактора.

При современном уровне технологии изготовления шестерен, подшипников и гусениц, а также при номинальном тепловом режиме трансмиссии тракторов и автомобилей можно принимать:

ц = 0,985...0,990; г = 0,750...0,850;

к = 0,975...0,980; = 0,030...0,050.

Таблица 1.1

Характеристика трансмиссии трактора по передачам

Передачи	Шестерни, передающие крутящий момент	Передаточ- ное число	m	n	т
1	5-6(6`)-9-10-17-18-19-20	62,6	3	1	0,922
2	3-4-5-6(6`)-17-18-19-20	49,5	3	1	0,922
3	5-6(6`)-9-10-15-14-19-20	42,5	3	1	0,922
4	3-4-5-6(6`)-15-14-19-20	33,6	3	1	0,922
5	5-6(6`)-7-8-17-18-19-20	24,2	3	1	0,922

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.

nн - номинальная частота вращения;

nм - частота вращения при максимальном крутящем моменте:

nм = (0,6 ... 0,8) nн (2)

nхх - максимальная частота вращения коленвала на холостом ходу:

nхх = (1 + р) nн, (3)

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

Крутящий момент двигателя, работающего на режиме номинальной мощности:

, Нм, (4)

максимальный крутящий момент:

, Нм, (5)

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

Значение Ne на корректорном участке:

, кВт

Удельный эффективный расход топлива при максимальном крутящем моменте (gе.м) обычно на (8...12) % больше, чем на режиме номинальной мощности.

Часовой расход топлива Gт для корректорного участка характеристики:

, кг/ч. (7)

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.

, г/кВтч. (8)

Таблица 1.2

Параметры внешней скоростной характеристики

двигателя Д-120 при работе с всережимным регулятором

Параметры и размерность	Частота вращения коленвала, мин-1
n, мин-1	1200	1467	1734	2000	2053	2106	2160
Ne кВтч	16,3	19,5	21,8	23,6	13,3	8,4	0
Мк, Нм	129,6	127	120	112,7	62	38	0
ge, г/кВтч	124	114	111	112,3	173	203	?
Gт, кг/ч	2,11	2,45	2,55	2,65	2,3	1,7	0,8

1.3 Построение кривой буксования

трактор трансмиссия двигатель

На заданном почвенном фоне для каждого типа движителя величина буксования зависит от удельной силы тяги Dкр, которая представляет собой отношение силы тяги Ркр к сцепному весу Gсц трактора:

Dкр = Ркр / Gсц. (9)

Таблица 1.3

Буксование и удельная сила тяги колесных тракторов

Буксование , %	0	5	10	20	30	50	70	100
Dкр стерня	0	0,45	0,56	0,64	0,71	0,78	0,82	0,84
Ркр, кН	0	9,2	11,4	13,1	14,5	15,9	16,7	17,2

Сила тяги трактора:

Ркр = Dкр Gсц, кН. (10)

1.4 Выбор и расчет скоростных режимов работы двигателя

для определения параметров тяговой характеристики трактора

Таблица 1.4

Расчетные параметры скоростной и тяговой характеристик трактора по передачам

№№ пере- дач	Расчетные параметры	Показатели работы двигателя
		1200	1467	1734	2000	2053	2106	2160
		129,6	127	120	112,7	62	38	0
		16,3	19,5	21,8	23,6	13,3	8,38	0
		2,11	2,45	2,55	2,65	2,3	1,7	0,8
I пер. iтр1=62,6	Рк, кН	12,7	12,4	11,74	11,03	6,07	3,7	0
	Рf, кН	2,16
	, %	16	14,5	13	7	3	2	0
	Ркр, кН	10,54	10,24	9,58	8,87	3,91	1,7	0
	Vт, м/с	1,2	1,45	1,7	1,98	2	2,08	2,13
	Vд, м/с	1,01	1,24	1,48	1,84	1,94	2,04	2,14
	Nкр, кВт	10,6	12,7	14,13	16,3	7,6	3,47	0
	gкр, г/кВтч	199	193	180,5	162,6	302	490	0
II пер. iтр2=49,5	Рк, кН	10,02	9,82	9,28	8,72	4,8	2,94	0
	Рf, кН	2,16
	, %	6,5	5,7	5,5	4	2	1,3	0
	Ркр, кН	7,86	7,66	7,12	6,56	2,64	0,78	0
	Vт, м/с	1,5	1,84	2,17	2,5	2,57	2,64	2,7
	Vд, м/с	1,4	1,74	2,05	2,4	2,52	2,61	2,7
	Nкр, кВт	11	13,3	14,6	15,7	6,7	2,04	0
	gкр, г/кВтч	192	184	174,7	168,8	343	833	0
III пер. iтр3=42,5	Рк, кН	8,61	8,43	7,96	7,48	4,11	2.52	0
	Рf, кН	2,16
	, %	4	3,5	3,3	3	1,5	1	0
	Ркр, кН	6,45	6,27	5,8	5,3	1,95	0,36	0
	Vт, м/с	1,75	2,14	2,53	2,9	2,99	3,07	3,15
	Vд, м/с	1,68	2,07	2,45	2,8	2,9	3,04	3,15
	Nкр, кВт	10,8	13	14,2	14,8	5,7	1,09	0
	gкр, г/кВтч	195	188	180	179	404	1559	0
IV пер. iтр4=33,6	Рк, кН	6,8	6,67	6,3	5,92	3,25	1,99	0
	Рf, кН	2,16
	, %	2,8	2,7	2,5	2,4	1,5	1	0
	Ркр, кН	4,64	4,51	4,14	3,76	1,09	0	0
	Vт, м/с	2,2	2,7	3,2	3,69	3,78	3,88	3,98
	Vд, м/с	2,13	2,63	3,12	3,6	3,7	3,84	3,98
	Nкр, кВт	9,9	11,9	13	13,5	4	0	0
	gкр, г/кВтч	213	206	196	196,3	575	0	0
V пер. iтр5=24,2	Рк, кН	4,9	4,8	4,54	4,26	2,34	1,44	0
	Рf, кН	2,16
	, %	2,5	2,3	2	2	1,5	0,5	0
	Ркр, кН	2,74	2,64	2,38	2,1	0,18	0	0
	Vт, м/с	3,07	3,75	4,44	5,12	5,26	5,39	5,53
	Vд, м/с	2,99	3,66	4,43	5,11	5,2	5,33	5,53
	Nкр, кВт	8,2	9,6	10,5	10,7	0,9	0	0
	gкр, г/кВтч	257	255	243	247	2555	0	0

1.5 Определение данных для построения

тяговой характеристики трактора

Касательная сила тяги на ведущих колесах:

, кН, (11)

Силу сопротивления самопередвижению трактора:

Рf = 10-3f Gэ g, кН, (12)

Сила тяги трактора:

Ркр = Рк - Рf , кН, (13)

Теоретическая скорость движения трактора:

, м/с, (14)

Действительная скорость движения трактора:

, м/с, (15)

где rк - радиус качения ведущих колес, м; f - коэффициент сопротивления самопередвижению трактора; Gэ - эксплуатационный вес трактора, кг; g = 9,81 мс-2 - ускорение свободного падения; iт - общее передаточное число трансмиссии на данной передаче; т - КПД трансмиссии на данной передаче.

Тяговая (крюковая) мощность трактора:

Nкр = Ркр Vд , кВт, (16)

Удельный крюковой расход топлива:

, г/кВтч, (17)

Условный тяговый КПД трактора на передачах:

, (18)

где Nкр.max - максимальное значение тяговой мощности на данной передаче; Nе.н - номинальная (паспортная) мощность двигателя.

1.6 Анализ тяговой характеристики трактора

Используя совмещенный график тяговой характеристики (потенциальной и на передачах) трактора, определим:

- максимальные значения тяговой мощности и условного тягового КПД трактора:

Nкр.max=14,6 кВт

;

- диапазоны по силе тяги между рабочими передачами:

.

1.7 Вопросы для контроля

9. У какого трактора, при прочих равных условиях, выше тяговый КПД - у колесного или гусеничного, и почему?

Для сельскохозяйственных тракторов номинальное тяговое усилие несколько превышает тяговое усилие, соответствующее максимальному тяговому КПД трактора. При номинальном тяговом усилии тяговый КПД =0,97, а буксование составляет 3 % для гусеничных тракторов и 14-16 % для колесных в зависимости от колесной формулы, следовательно тяговый КПД выше у колесного трактора из-за буксования.

2. РАСЧЕТ, ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

2.1 Определение коэффициента полезного действия трансмиссии автомобиля

Марка автомобиля	УАЗ-3603
мэ, кг	2450
Почвенный фон	Стерня
Марка двигателя	УМЗ-451М
nH, мин-1	4000
NH, кВт	55,2

Кинематическая схема автомобиля УАЗ-3303

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема трансмиссии автомобиля

А - коробка передач; В - раздаточная коробка

Шестерни	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Число зубьев	15	22	29	29	24	18	15	16	20	32	23	40	24

Передачи	I	II	III	Задний ход	Раздаточная коробка и главная передача
Шестерни в зацеплении	1-4-6-3-io	1-4-5-2-io	(1-C) io	1-4-7-8- -6-3-io	9-10-11- -12-14-15
Передаточное число	18,3	10,4	5,9	22,0	io = 5,9

КПД трансмиссии на всех передачах:

, (19)

где m - число пар цилиндрических шестерен и ЭПР, передающих крутящий момент на данной передаче; кард - КПД карданной передачи (кард = 0,98...0,99).

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
Раздаточная коробка и главная передача	9-10-11-12-14-15	2	5,9	0,941

2.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Крутящий момент на валу двигателя:

, Нм.

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

2.3 Методика расчета данных для построения

динамической характеристики автомобиля

Касательная сила тяги:

, кН, (20)

где rд - динамический радиус качения колеса с учетом деформации шин от осевой нагрузки (rд 0,8...0,9 rк), rк=0,36 м.

Скорость движения автомобиля:

, м/с, (21)

Сила аэродинамического сопротивления:

, кН, (22)

где k=0,6 - коэффициент обтекаемости, Нс2/м4 ; F=2,9 - площадь миделя (лобового сечения), м2 (см. Приложение 6).

Избыточная сила тяги автомобиля:

Ризб = Рк - Рw, кН (23)

Динамический фактор автомобиля:

, (24)

где Ga -сила тяжести автомобиля с грузом, кН (берется согласно заданию).

Таблица 2.3

Расчетные параметры работы автомобиля по передачам

№№ Пере- дач	Расчет. пара- метры	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	0,005	0,009	0,016	0,023	0,04	0,06	0,07	0,08
	(Рк - Pw), кН	6,99	7,29	7,44	7,48	6,86	6,44	5,93	5,82
	D	0,33	0,34	0,35	0,35	0,32	0,3	0,28	0,27
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	0,015	0,029	0,049	0,071	0,13	0,17	0,21	0,24
	(Рк - Pw), кН	3,98	4,07	4,15	4,23	3,82	3,51	3,23	3,16
	D	0,19	0,19	0,193	0,197	0,22	0,18	0,15	0,15
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	15,5	17,7	19,6	20,7
	Pw, кН	0,047	0,091	0,151	0,225	0,42	0,54	0,67	0,74
	(Рк - Pw), кН	2,28	2,33	2,32	2,28	1,89	1,61	1,33	1,24
	D	0,106	0,11	0,108	0,106	0,09	0,07	0,06	0,05
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	0,003	0,006	0,011	0,016	0,03	0,04	0,05	0,05
	(Рк - Pw), кН	8,317	8,61	8,79	8,904	8,2	7,62	7,1	7,04
	D	0,39	0,4	0,41	0,41	0,38	0,35	0,33	0,32
Раздаточная коро-бка и глав-ная передача iтр3 = 5,9	Рк, кН	2,39	2,47	2,53	2,56	2,36	2,2	2,05	2,03
	Va, м/с	1,65	2,3	2,67	3,64	4,96	5,62	6,28	6,61
	Pw, кН	0,003	0,004	0,005	0,006	0,009	0,01	0,011	0,012
	(Рк - Pw), кН	2,36	2,5	2,53	2,6	2,35	2,2	2,04	2,02
	D	0,11	0,116	0,117	0,12	0,13	0,11	0,09	0,09

2.4 Анализ динамической характеристики автомобиля

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

DI =0,35; VI.кр =3,66 м/с

DII =0,22; VII.кр = 6,4 м/с

DIII =0,11; VIII.кр = 7,24 м/с

Dз.х.= 0,41; Vз.х.кр = 3,05 м/с

- максимальный угол подъема, преодолеваемый автомобилем при коэффициенте сопротивления качению f = 0,05 на каждой передаче;

22;

;

;

.

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

Va.max=20,68 м/с Va.сред = 10,34 м/с

2.5 Вопросы для контроля

9. Можно ли по известной динамической характеристике определить время и путь разгона автомобиля до определенной скорости?

Ускорение автомобиля при разгоне

Ускорение автомобиля на передачах может быть определено по динамической характеристике.

Вспомним уравнение тягового баланса автомобиля:

где - ускорение автомобиля. Обозначим и решим уравнение относительно ускорения.

Тогда:

При известной скорости движения определяется динамический фактор . Зная дорожные условия, можно найти значение коэффициента сопротивления дороги по формуле:

Коэффициент учета вращающихся масс находится для соответствующей передачи по ранее приведенным формулам. Величина ускорений грузовых автомобилей на низших передачах может достигать 1,7...2,0 м/с2, а на высших передачах - 0,25...0,5 м/с2. У легковых автомобилей величина ускорений может достигать соответственно 2,0...2,5 м/с2 и 0,8...1,2 м/с2 ..Так как величина ускорений при разгоне непрерывно изменяется, то этот параметр не позволяет в полной мере оценивать приемистость автомобиля.Для этого используются следующие показатели; время разгона до заданной скорости движения и путь разгона до заданной скорости.

Время разгона автомобиля до заданной скорости движения

Время разгона - это время, и течение которого автомобиль увеличивает свою скорость в заданных пределах.Заданной скоростью является скорость: для грузовых автомобилей - 80 км/час.; для легковых автомобилей - 100 км/час.

Из выражения имеем:

или

где - величина, обратная ускорению, с2/м.

Определение времени разгона автомобиля осуществляется графическим интегрированием. Для этого необходимо построить график величин, обратных ускорениям в функции скорости

Площадь под кривыми на передачах, ограниченная ординатами и и осью абсцисс, пропорциональна времени разгона автомобиля до заданной скорости. Для построения графика времени разгона автомобиля площадь под кривыми разбиваем на несколько участков (количество участков определяется числом передач в КП).

Рисунок 2.4- График величин, обратных ускорениям

Тогда:

где - сумма площадей участков под кривыми мм2;

,

где- масштаб величин, обратных ускорениям, с2/м/мм;

- масштаб скорости, м/с/мм.

Если определять время разгона от начальной скорости до , затем от до и т.д. с нарастающим итогом,

например:

,

то по найденным значениям времени можно построить график зависимости , называемый графиком времени разгона автомобиля.

Рисунок 2.5-График времени разгона автомобиля

Путь разгона автомобиля до заданной скорости

В случае движения автомобиля с переменной скоростью

,

откуда

Проинтегрировав, получим:

где - путь разгона автомобиля до заданной скорости.

Проинтегрировав это уравнение в пределах от до , можно получить путь, на котором автомобиль, начиная со скорости, равной нулю, достигает заданной скорости. Интегрирование данного уравнения также выполняется графически. Для этого используется график времени разгона автомобиля (рис.5).

Площадь слева от кривой графика , ограниченная осью ординат и абсцисс пропорциональная пути разгона . Для построения графика пути разгона автомобиля разбиваем указанную выше площадь на несколько участков и подсчитываем площадь каждого из них.

Тогда ,

где - путь разгона автомобиля до заданной скорости, м;

- сумма площадей участков слева от кривой,

- масштаб пути разгона, м/мм2.

,

где - масштаб времени, с/мм;

- масштаб скорости, м/с/мм;

Для каждого участка нарастающим итогом подсчитывается путь:

После определения пути, проходимого автомобилем на каждом участке можно построить график пути разгона автомобиля. Для современных грузовых автомобилей с механической ступенчатой трансмиссией путь разгона до заданной скорости (80 км/ч) составляет 300-1000 м.

Рисунок 2.6-График пути разгона автомобиля

Чем меньше путь и время разгона до заданной скорости, тем лучше приемистость автомобиля и, следовательно, выше его тягово - скоростные свойства.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВ ПРОДОЛЬНОЙ И ПОПЕРЕЧНОЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТРАКТОРА И АВТОМОБИЛЯ

Рисунок 3.1 Схемы сил, действующих на трактор Т-25А при стоянке на критических углах подъема и спуска

Предельные углы продольной статической устойчивости трактора Т-25А:

;



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 стерне:

;

;

- сползание автомобиля начнется раньше опрокидывания.



Рисунок 3.3 Схема сил, действующих на трактор Т-25А во время стоянки при наклоне вправо и влево

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором трактор Т-25А не опрокидывается:

.

Предельный угол поперечной статической устойчивости, при котором трактор Т-25А не сползает, стоя на грунтовой дороге сухой

;

- 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 грунтовой дороге сухой:

;

- сползание автомобиля начнется раньше опрокидывания.

ЛИТЕРАТУРА

Методические указания к выполнению курсовой работы по темам: «Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора»,

«Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля», «Определение углов статической устойчивости», Бердов Е.И. - канд. техн. наук,

доцент (ЧГАУ), Изгарев Г.М. - канд. техн. наук (ЧГАУ), Алябьев В.А. - ст. преподаватель (ЧГАУ), ВГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», 2010.

Размещено на Allbest.ru

...