Рассчитываем максимальную угловую скорость вала двигателя

Расчет тяговой характеристики трактора

 

N_H =70 л. с., G =3400 кг., n = 1750 об/мин., g = 185 г/элс. ч.,

Размер шин - 12-38, Тип пути - стерня.

Начинаем с расчета и построения регулярной характеристики дизеля. Лист (миллиметровка) разбиваем осями координат на четыре квадрата. По оси ординат вниз откладываем значения номинального момента двигателя (Н М).

 

М_Н = (Н М)

 

где, N_H - мощность двигателя номинальная, л. с.

n_{H -} номинальная частота вращения двигателя. n_H = 1750 об/мин.

 

М_Н = = 281,004 (Н М)

Максимальный момент М_max = K_M * M_H = 281 * 1.2 = 337.2 Н М

 

где, K_{M -} коэффициент приспособленности

K_M = 1,15….1,25 (Кутьков Г.М. стр.124)

Через точки М_Н и М_max параллельно оси абцис проводим вспомогательные линии.

На оси обцис слева от точки 0 (в отрицательной области) откладываем значение W_H, N_E, G_T, и в квадрате III строим регулярною характеристику двигателя. Для этого на ось абцис наносим значение номинальной угловой скорости коленчатого двигателя W_H и опускаем перпендикуляр до пересечения со вспомогательной линией, проведенной через точку М_Н.

Рассчитываем максимальную угловую скорость вала двигателя

 

W_xx = W_H = W_H =1.14 W_H

 

где, буксирование δ =0,13 (Кутьков Г.М. стр.492, приложение 3), при φ_к = 0,7 (Кутьков Г.М. стр.491, приложение 1).

Номинальная угловая скорость

 

W_H = = = 184.21 рад/с

 

где, 1рад = 57°, n_H = 1750 об/мин - число оборотов коленчатого вала двигателя при номинальной мощности.

 

W_xx = 1.14 W_H = 1.14 * 184.2 = 210 рад/с.

n_xx = 11.4 n_H = 1.14 * 1750 = 1995 об/мин.

 

Откладываем значение W_xx на оси абцис и соединяем эту точку с точкой W_H на вспомогательной линии M_H.

Степени снижения частоты вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте α = 0,75…0,65 (Андреев А.Ф. стр.105).

Находим значение угловой скорости вала двигателя при максимальном моменте

 

W_M =

где, K_W = = =1.4

W_M = = α * W_H =0.7 * 184.2 =128,95 рад/с

n_M = 0.7 * 1750 = 1225 об/мин.

 

Мощность двигателя при М_max

 

N_ЕM = = = 43.24 л. с.

 

Зная удельный расход топлива g, находим часовой расход топлива в конкретных точках регуляторной характеристики (Кутьков Г.М., стр 130).

При номинальном режиме

 

G_TH = 10^{-3 g} * N_H = 10^-3 *185 * 70 = 12.95 кг/ч

 

На холостом ходу (Кутьков Г.М., стр 130).

 

G_TX = (0.2÷0.3) G_TH = 0.25 * 12.95 = 3.24 кг/ч.

 

При максимальной мощности

 

G_TMax = (0.7÷0.8) G_TH = 0.75 * 12.95 = 9.71 кг/ч.

 

Откладываем в III квадрате G_TH, G_TX, G_TMax.

Рассчитываем передаточные числа трансмиссии для диапазона рабочих скоростей (Кутьков Г.М., стр 127). Для колесных тракторов теоретическая скорость 1-й передачи рабочего диапазона V_TMin = V_T1 принимаем равной 8 - 10 км/ч. Наивысшую теоретическую скорость для 4-й передачи V_TMax = V_T4 рабочего диапазона скоростей принимаем равной 15-17 км/ч. Радиус колеса 12-38 принимаем

 

R_K = = 0.79 м.

 

Принимаем для расчета теоретические скорости по передачам;

 

V_T1 = 9 км/ч = 2,5 м/с и V_T4 = 16 км/ч = 4,45 м/с.

 

Рассчитываем передаточные числа трансмиссии.

 

I₁ = = = 58.21

I₄ = = = 32.7

 

Передаточные числа в пределах рабочего диапазона разбиваем по передачам согласно закону геометрической прогрессии (Кутьков Г.М., стр 128), знаменатель которой

 

g_i = = = = 0.83

 

где, Z = 4 - число передач.

Должно соблюдаться условие g_i ≥ ,

где, K_M = 1.15÷1.2 тогда g_i = = 0,83, т. е условие соблюдено. Тогда:

 

I₂ = I₁ * g_i = 58.2 * 0.83 = 48.31

I₃ = I₂ * g_i = 48.3 * 0.83 = 40.1

 

Расчет и построение зависимостей касательной силы тяги P_K = ƒ (M_K) выполняем следующим образом. В выражении P_K подставляем значение номинального крутящего момента M_H и передаточное число I_ТР на данной передаче.

 

P_K =

 

У механической трансмиссии = 0,88÷0,93 (Кутьков Г.М. стр.112) т.к. трактор колесный = 1.

 

P_K1 = = 18635 H.

P_K2 = = 15467 H

P_K3 = = 12837 H

P_K4 = = 10469 H

 

В квадрате IV строим лучевой график касательных сил тяги по передачам в зависимости от крутящего момента двигателя. Для этого влево от точки 0 по оси абцис в выбранном масштабе, одинаковом для всех сил P_K, P_KP и P_f, откладываем полученное расчетом значение силы P_f c учетом заданного агрофона (Кутьков Г.М. стр.491)

 

P_f = ƒ_K*G = 0.11* 34000 = 3740 H

 

и отмечаем точку 0¹ которая является началом точки отчета для силы P_K, а точка 0 - для силы P_KP.

Полученные ранее значения P_K откладываем на линии M_H и эту точку соединяем с точкой 0¹, продолжив до пересечения с линией M_Max.

В квадрате II строим график теоретической скорости движения трактора по передачам в зависимости от угловой скорости вала двигателя V_T = ƒ (Wg)

Расчеты проводим при Wg = W_H для каждой передачи.

 

V_T1 = = = 2.50 м/с.

V_T2 = = = 3,01 м/с.

V_T3 = = = 3,63 м/с.

V_T4 = = = 4,45 м/с.

 

Полученные значения V_T откладываем на линии, проведенной из точки W_H на регулярной характеристике перпендикулярно оси абцисс, и соединяем с началом координат. Начало отсчета для графиков V_T выбираем на оси ординат так (точка 0”), чтобы графики теоретических скоростей находились в верхней части квадрата II. На каждой передачи находим значение крутящего момента двигателя соответствующее силе сопротивления качения P_f при движении трактора без тяговой нагрузки, т.е. при P_KP = 0. Эти значения крутящего момента двигателя находятся в точках пересечения линий P_K = ƒ (M_K) с осью M_K.

Так для I-ой передачи это точка 1, а соответствующая этому моменту угловая скорость вала двигателя - точка 2. Поднимаясь по вертикали вверх от точки 2 до пересечения с лучом V_T1 = ƒ (Wg) I-ой передачи, найдем теоретическую скорость (точка 3) движения трактора без тяговой нагрузки на I-ой передачи. Эту скорость на всех передачах принято считать действительной скоростью движения трактора без тяговой нагрузки, т.е. допускают, что при P_KP = 0 буксование колес также равно нулю (δ = 0).

Точку 3 и аналогичные точки на остальных передачах переносим на ось ординат (точка4). Они являются началом функциональных зависимостей действительной скорости трактора от тяговой нагрузки. V_TP = ƒ (P_KP).

В приложении 3 (Кутьков Г.М. стр.492) берем данные по трактору колесной формулы 4 к 2 по стерне.

 

φ_КР = ; P_KP = φ_КР * G_TP

 

При номинальном тяговом усилии для колесных тракторов формулы 4 к 2

φ_КРН = 0,37 ÷ 0,39 (Кутьков Г.М. стр 97)

Откладываем в квадрате I значения буксования δ в зависимости от значений P_KP (по оси абцисс).

Рассчитаем V_TP при номинальной нагрузке

 

V_TP = V_T * (1 - δ)

V₁ = 2.5 (1-0.06) = 2.35 м/с

V₂ = 3,01 (1-0.04) = 2.89 м/с

V₃ = 3,63 (1-0.03) = 3,52 м/с

V₄ = 4,45 (1-0.02) = 4,36 м/с

 

Для каждой передачи из точек пересечения P_K с линией M_H проводим вертикально вверх до пересечения с графиком δ и значение δ подставляем в формулу V_TP.

Максимальная крюковая сила на каждой передаче

 

P_KP = P_K - P_f

P_KP1 = 18635-3740 = 14895 H = 14.90 kH

P_KP2 = 15467-3740 = 11727 H = 11.73 kH

P_KP3 = 12837-3740 = 9097 H = 9.10 kH

P_KP4 = 10469-3740 = 6729 H = 6.73 kH

 

Максимальная крюковая мощность на каждой передаче

 

N_KP = P_KP * V_TP

N_KP1 = 14895 * 2.35 = 35003 Нм/с (Вт) = 35 кВт

N_KP2 = 11727 * 2.89 = 33909 Нм/с (Вт) = 33,91 кВт

N_KP3 = 9097 * 3,52 = 32024 Нм/с (Вт) = 32,02 кВт

N_KP4 = 6729 * 4,36 = 29345 Нм/с (Вт) = 29,35 кВт

 

На вертикальных линиях построенных ранее от M_H откладываем значения N_KP1, N_KP2, N_KP3, N_KP4 и соединяем эти точки с точкой 0.

При максимальном крутящем моменте W_M = 129 рад/с, тогда скорость трактора на каждой передаче

 

V_M = (1 - δ)

V_M1 = (1 - 0.08) = 1.61 м/с

V_M2 = (1 - 0.05) = 2 м/с

V_M3 = (1 - 0.03) = 2,46 м/с

V_M4 = (1 - 0.03) = 3,02 м/с

 

От точек пересечения P_K с горизонтальной линией M_Max проводим вертикальные линии через IV и I квадраты и откладываем на них значения V_M.

Тогда крюковая сила при максимальном крутящем моменте

 

P_M = P_{K Max} - P_f

P_{K Max} берем из графиков P_K в IV квадрате

P_M1 = 22170 - 3740 = 18430 Н = 18,43 кН

P_M2 = 18560 - 3740 = 14820 Н = 14,82 кН

P_M3 = 15530 - 3740 = 11790 Н = 11,79 кН

P_M4 = 12770 - 3740 = 9030 Н = 9,03 кН

 

Крюковая мощность на каждой передаче при M_Max

 

N_M = P_M * V_M

N_M1 = 18430 * 1.61 = 29672 Нм/с (Вт) = 29,67 кВт

N_M2 = 14820 * 2 = 29684 Нм/с (Вт) = 29,68 кВт

N_M3 = 11790 * 2,46 = 29051 Нм/с (Вт) = 29,05 кВт

N_M4 = 9030 * 3,02 = 27284 Нм/с (Вт) = 27,28 кВт

 

Тяговой КПД определяем по формуле:

 

η_т = , где N_НЭ = = 51,75 кВт, тогда η_т1 = = 0,68,

η_т2 = = 0,66,η_т3 = = 0,62, η_т4 = = 0,57