ДИНАМИЧЕСКИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ




ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ …………………………………………………………………..……. 4

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………….……...…… 4

 

I часть. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА.

1. Определение потребной мощности двигателя ………………………………….. 5

1.1. Определение коэффициента изменения тягового диапазона трактора …….. 5

1.2. Определение эксплуатационной массы трактора ………………………..….…5

1.3. Расчет номинальной мощности двигателя ……………………………………. 6

2. Расчет и построение теоретической регуляторной характеристики двигателя..7

3. Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора ………. 9

3.1. Подбор шин и вычисление радиуса ведущего колеса колесного трактора либо ведущей звездочки гусеничного трактора …………………………..….. 9

3.2. Расчет основных рабочих скоростей трактора ………………………………. 12

3.3. Расчет передаточных чисел трансмиссии и коробки передач ……………… 14

3.4. Расчет и построение теоретической тяговой характеристики ……………… 15

4. Показатели энергонасыщенности и металлоемкости трактора ………………. 21

5. Заключение ……………………………………………………………………..... 21

 

II часть. ДИНАМИЧЕСКИЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ.

1. Расчет мощности и частоты вращения коленчатого вала автомобиля ……… 22

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя ……... 23

3. Определение передаточного числа главной передачи ……………………….. 25

4. Подбор передаточных чисел коробки передач …………………………….…. 27

5. Построение графика тягового баланса автомобиля ………………………….. 29

6. Построение универсальной динамической характеристики автомобиля …… 31

7. Расчет и построение динамической характеристики автомобиля …………... 33

 

ЛИТЕРАТУРА ………………………………………………………………………..... 37

ПРИЛОЖЕНИЯ …………………………………………………………………….….. 38

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие предназначено для изучения курса «Теория трактора и автомобиля» и выполнения курсовой работы по теории тракторов и автомобилей студентами специальности «Механизация сельского хозяйства» сельскохозяйственных ВУЗов. В пособии изложены основные положения по теоретическому курсу, а также последовательность выполнения курсовой работы в соответствии с заданием, приведены справочные и нормативные материалы для расчетов.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Основной задачей курса является систематизация и закрепление знаний студентов по основным вопросам теории трактора и автомобиля, что имеет первостепенное значение в области формирования специалистов высшей квалификации.

Успешное решение задач, стоящих перед сельскохозяйственным производством, во многом зависит от состояния и использования мобильной энергетики в сельском хозяйстве, которая непрерывно совершенствуется. Поэтому служба будущих инженеров-механиков сельскохозяйственного производства требует прочных знаний в области конструкций современных и перспективных тракторов и автомобилей и методов их использования в сельском хозяйстве, обеспечивающих высокую эффективность и экономичность.

Курсовая работа состоит из двух частей – тягового расчета трактора и динамического расчета автомобиля.

При выполнении первой части работы производятся: расчет основных параметров трактора, расчет и построение регуляторной характеристики двигателя, расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора.

Вторая часть работы включает: расчет и построение теоретической скоростной (внешней) характеристики двигателя, расчет и построение динамической и экономической характеристик автомобиля.

Курсовая работа должна содержать: расчетно-пояснительную записку, написанную четко и грамотно, схемы и графики, выполненные карандашом на листах чертежной или миллиметровой бумаги.

 

I часть

ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА

 

1. Определение потребной мощности двигателя.

 

1.1. Определение коэффициента изменения тягового диапазона трактора δт.

 

Тяговый диапазон трактора определяется по формуле:

; (1)

где: РН номинальная сила тяги проектируемого трактора (по заданию);

- номинальная сила тяги трактора предыдущего тягового класса;

ε – коэффициент расширения тяговой зоны трактора (коэффициент перекрытия тягового диапазона); значение коэффициента перекрытия принимается ε =1,3 - для пропашных и ε =1,2 – для тракторов общего назначения.

В расчетах δт следует принимать не менее 2.

Зная тяговый диапазон и номинальную силу тяги трактора, можно определить его минимальную силу тяги из соотношения:

откуда (2)

 

1.2. Определение эксплуатационной массы трактора.

 

Если трактор не имеет заправочных материалов, балласта и тракториста, то такая масса называется конструктивной (mK). Полностью заправленный трактор с трактористом и балластом будет иметь массу эксплуатационную (mЭ).

Эксплуатационная масса определяется из следующего выражения:

 

; (3)

где: φДОП – допустимая величина коэффициента использования сцепного веса трактора (т.е. коэффициент сцепления движителей с поверхностью пути);

f – коэффициент сопротивления качению;

λ – коэффициент нагрузки на ведущие колеса трактора, учитывающий распределение масс трактора по осям;

g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.

 

Численные значения коэффициента сцепления φДОП и сопротивления качению f выбираются в зависимости от заданного основного фона поверхности пути (Таблица 1).

Коэффициент нагрузки на ведущие колеса λ для тракторов с колесной формулой 4К2 и классической компоновкой колес, у которых задние колеса имеют большие размеры по сравнению с передними, выбирается в пределах 0,7...0,75. Для гусеничных и колесных с колесной формулой 4К4 λ= 1.

 

Таблица 1. Коэффициенты сцепления и сопротивления качению ходовых устройств трактора в зависимости от поверхности пути.

Тип пути Тракторы на пневматических шинах Гусеничные тракторы
f φ f φ
Грунтовая сухая дорога 0,03...0,05 0,6...0,8 0,05...0,07 0,9...1,1
Целина, плотная залежь 0,05...0,07 0,7...0,9 0,06...0,07 1,0...1,2
Залежь 2...3-летняя, скошенный луг 0,06...0,08 0,6...0,8 0,06...0,07 0,9...1,1
Стерня 0,08...0,10 0,6...0,8 0,06...0,08 0,8...1,0
Вспаханное поле 0,12...0,18 0,5...0,7 0,08...0,10 0,6...0,8
Поле, подготовленное под посев 0,16...0,18 0,4...0,6 0,10...0,12 0,6...0,7
Слежавшаяся пахота 0,08...0,12 0,5 0,08 0,6
Укатанная снежная дорога 0,03...0,04 0,3...0,4 0,06...0,07 0,5...0,7
Обледенелая дорога 0,02...0,025 0,1...0,3 0,03...0,04 0,2...0,4
Болотно-торфяная целина осушенная - - 0,11...0,14 0,4...0,6
Песок 0,16...0,18 0,3...0,4 0,10...0,15 0,4...0,5
Гравийное шоссе 0,02...0,03 0,6 - -
Асфальтированное шоссе 0,01...0,02 0,8...0,9 - -

 

1.3. Расчет номинальной мощности двигателя.

 

Расчет номинальной мощности двигателя производится с учетом номинального тягового усилия трактора, силы сопротивления качению, массы трактора, потерь на трение в трансмиссии и необходимого запаса мощности двигателя.

Номинальная мощность двигателя определяется по формуле:

 

, кВт (4)

где: РН и VН 1 – соответственно номинальное тяговое усилие (Н) и расчетная скорость движения на низшей рабочей передачи при номинальной силе тяги, км/ч (по заданию);

mЭ – эксплуатационная масса трактора, кг;

ηТР – КПД, учитывающий потери мощности в трансмиссии;

χЭ - коэффициент эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя.

 

КПД трансмиссии определяется по формуле:

 

; (5)

 

где: ηЦ и ηК – соответственно КПД цилиндрической и конической пары шестерен; принимаются равными: ηЦ= 0,985и ηК =0,975;

ηХ – КПД, учитывающий потери мощности на холостом ходу; принимается ηХ =0,96.

 

Количество пар шестерен в зацеплении определяется по трансмиссии из прототипа трактора.

Коэффициент эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя χЭ принимается в диапазоне 0,85...0,95.

 

 

2. Расчет и построение теоретической регуляторной характеристики двигателя.

 

Регуляторная характеристика дизеля является его основным техническим документом. Поэтому умение свободно читать характеристику, хорошо понимать, как меняются основные технико-экономические показатели в зависимости от скоростного и нагрузочных режимов, для инженера совершенно необходимо.

Регуляторная характеристика строится в трех вариантах:

1. В функции от частоты вращения коленчатого вала двигателя – nд;

2. В функции от эффективной мощности двигателя – NE;

3. В функции от крутящего момента двигателя – МЕ.

Регуляторная характеристика служит основой для тягового расчета трактора и построения его теоретической тяговой характеристики.

 

Порядок расчета регуляторной характеристики.

Задаваясь различными значениями частот вращения вала двигателя в процентах (100, 80, 60, 40, 20) от номинальной величины (по заданию), определяют текущие значения NE I мощности двигателя на безрегуляторной ветви характеристики по эмпирической формуле:

 

, кВт (6)

где: n1 и nH – текущее и номинальное значение частот вращения коленчатого вала двигателя;

С1 = 0,5; С2 = 1,5 – для дизелей с непосредственным впрыском топлива;

С1 = 0,7; С2 = 1,3 – для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием.

 

На регуляторной ветви характеристики принимают изменения мощности NE по закону прямой линии от NE =0 до NE НОМ..

На корректорной ветви с увеличением нагрузки частота вращения вала двигателя падает и уменьшается эффективная мощность.

Для расчета вместо формулы (6) можно воспользоваться таблицей 2.

 

Таблица 2.

nд/nН, %          
NЕ/NЕ НОМ, %          

 

Частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу nХХ (NE =0) зависит от степени неравномерности регулятора δр и ее можно определить по формуле:

(7)

 

У современных тракторных двигателей δр =0,07...0,08.

 

Частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте n0 определяется через коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения:

, (8)

где: кОБ = 1,2...1,8 – коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения; чем быстроходнее двигатель, тем выше кОБ.

 

Зная мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя, определяют крутящий момент по формуле:

, Нм (9)

где: ωi – угловая скорость коленчатого вала соответственно мощности двигателя NE I.

, с-1 (10)

На регуляторном участке МЕ так же, как и мощность меняется по закону прямой, а на безрегуляторной ветви растет от МЕ НОМ до МЕ МАХ при n0.

Часовой расход топлива на регуляторном участке растет по прямой от минимального значения GТ ХХ при холостом ходе двигателя до максимального значения GТ МАХ при номинальной мощности двигателя.

 

, кг/ч (11)

где: gE НОМ – удельный расход топлива при номинальной мощности (по заданию), г/кВт·ч.

 

, кг/ч (12)

 

Часовой расход топлива при максимальном моменте составляет (0,6...0,8)· GТ МАХ.

Учитывая, что при перегрузке часовой расход топлива уменьшается по кривой с небольшим отрицательным ускорением, можно без большой погрешности на этом участке принять прямолинейный закон изменения GТ. Тогда точки удельного расхода топлива на корректорная ветви можно определить по формуле:

 

, г/кВт·ч (13)

 

Результаты расчета показателей работы двигателя заносят в сводную таблицу 3 для построения регуляторной характеристики.

 

Таблица 3. Результаты расчета регуляторной характеристики.

n, мин-1 NE, кВт ME, Нм GТ, кг/ч gE, г/кВт·ч
         

 

Пользуясь полученными расчетными данными, строят регуляторные характеристики дизеля в функции от частоты вращения коленчатого вала, эффективной мощности и крутящего момента.

На рисунках 1, 2, 3 приведен общий вид характеристик.

В случае наличия у прототипа бензинового двигателя (мотоблоки, мини-тракторы) строится внешняя скоростная характеристика по методике описанной во II части данного пособия.

 

3. Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора.

3.1. Подбор шин и вычисление радиуса ведущего колеса колесного трактора либо ведущей звездочки гусеничного трактора.

 

Модель шины подбирается по нормальной нагрузке и принятому внутреннему давлению.

Нормальная нагрузка на шину определяется по формуле:

GТ ХХ
NE HOM
ME MAX
GТ MAX
МЕ НОМ
nд
NE, ME, GТ, gE
nXX
nH
n0
GТ
NE
МЕ
gE

 

 

Рисунок 1. Теоретическая регуляторная характеристика двигателя в функции от частоты вращения.

 

 

, Н – для шин задних колес тракторов

с классической компоновкой;

, Н – для шин передних колес тракторов

с классической компоновкой;

, Н – для шин тракторов

с одинаковыми размерами колес. (14)

 

Из таблицы 4 в зависимости от нормальной нагрузки выбирается модель шины и вычисляется радиус перекатывания колеса по формуле:

 

(15)

где: d – наружный диаметр обода колеса, на который монтируется шина;

b – ширина профиля шины.


                                     
   
МE, пд, gE, GТ
     
пд
 
     
gE
 
 
пХХ
 
   
ME МАХ
 
   
GТ
 
 
   
   
GТ ХХ
 
     
ME
 
 
   
NE НОМ
 
NE

 


Рисунок 2. Теоретическая регуляторная характеристика в функции от эффективной мощности.

 

ME НОМ
ME МАХ
ME
NE, пд, gE, GТ
nН
GТ МАХ
NE НОМ
GТ ХХ
nд
NE
GТ
gE

 

 

Рисунок 3. Теоретическая регуляторная характеристика в функции от крутяще го момента.


Таблица 4. Шины ведущих колес (ГОСТ 7394-80) для тракторов и самоходных шасси.

Обозначение Норма слойности Нормы эксплуатационных режимов шин, работающих на тракторах и сельскохозяйственных машинах, при скорости 30 км/ч
Максимально допустимая нагрузка на шину и давление в шине, соответствующее этой нагрузке Минимально допустимое давление в шине и максимальная нагрузка на шину, соответствующая этому давлению
Нагрузка, Н Давление, МПа Давление, МПа Нагрузка, Н
           
8,3-20     0,245 0,078  
9,5-32     0,206 0,078  
9,5-42     0,206 0,078  
11,2-20     0,206 0,098  
11,2-28     0,176 0,078  
11,2-42     0,157 0,108  
13,6R38     0,175 0,098  
14,9-30     0,137 0,098  
15,5R38     0,176 0,098  
16,9R30     0,167 0,098  
18,4L30     0,108 0,108  
      0,176 0,108  
18,4R34     0,137 0,108  
21,3R24     0,157 0,098  
23,1R26     0,167 0,108  
28,1R26     0,167 0,108  

 

Радиус ведущей звездочки гусеничного трактора можно определить по формуле:

 

, м (16)

 

где: z – число активно действующих зубьев звездочки за один оборот;

lЗВ – фактическая длина одного звена гусеницы, м.

 

Для большинства тракторов сельскохозяйственного назначения z находится в пределах 13...14, а lЗВ =170...175.

 

3.2. Расчет основных рабочих скоростей трактора.

 

Для расчета ряда основных рабочих скоростей трактора определяется диапазон скоростей, который характеризуется отношением высшей рабочей скорости к скорости на первой передаче:

 

, (17)

где: VН1 – расчетная скорость на первой передаче (по заданию), км/ч;

VZ – высшая рабочая скорость, которую необходимо определить.

 

Величина скоростного диапазона подсчитывается по формуле:

 

, (18)

где: γДОП.МИН – коэффициент допустимой минимальной загрузки двигателя; рекомендуется принимать 0,85.

 

Для расчета высшей и промежуточной скоростей необходимо определить знаменатель геометрической прогрессии – q.

 

Зная, что , можно получить:

 

V2=V1·q; V3=V2·q=V1·q2; V4=V1·q3... VZ=V1·qZ-1, (19)

Отсюда:

, (20)

 

Определив знаменатель геометрической прогрессии, подсчитывают скорости V2, V3, V4... VZ.

Высшая транспортная скорость в геометрическую прогрессию не входит. Промежуточную транспортную скорость определяют как среднюю геометрическую величину между высшей транспортной и высшей скоростью основного ряда по формуле:

 

или (21)

 

Для получения особо низких скоростей в трансмиссию трактора устанавливается специальный ходоуменьшитель. Величина этих скоростей принимается согласно технологическому процессу.

Окончательный ряд скоростей корректируется в соответствии с практическими возможностями подбора чисел зубьев шестерен коробки передач проектируемого трактора.

3.3 Расчет передаточных чисел трансмиссии и коробки передач.

 

Передаточное число трансмиссии колесного трактора на первой передаче определяется по формуле:

 

, (22)

 

Для гусеничного трактора при определении передаточного числа трансмиссии на первой передаче в формулу (22) вместо радиуса качения ведущего колеса r подставляется значение радиуса начальной окружности ведущей звездочки r0.

 

Остальные передаточные числа трансмиссии подсчитываются по формуле:

 

; и т.д., (23)

 

Зная расчетные общие передаточные числа трансмиссии на каждой передаче - iТР и передаточные числа шестерен с постоянным зацеплением трактора – прототипа i0 , определяют передаточные числа коробки передач по формуле:

 

; ; и т.д., (24)

 

где: i0 – передаточное число шестерен с постоянным зацеплением прототипа.

 

, (25)

 

где: iЦ.П. – передаточное число центральной (главной) передачи;

iК.П. – передаточное число конечной передачи.

 

Далее приводится схема коробки передач, на которой указывается, какие шестерни находятся в зацеплении на каждой передаче и подбираются для них числа зубьев в соответствии с требуемыми передаточными числами. При необходимости округления дробных значений чисел зубьев шестерен, действительные передаточные числа коробки передач могут отличаться от расчетных. В этом случае соответственно вносятся изменения в общие передаточные числа трансмиссии и в расчетные скорости движения трактора.

Подсчитанные числа зубьев шестерен трансмиссии и уточненные значения передаточных чисел и скорости движения для всех основных и транспортных расчетных передач вносятся в таблицу 5.

Подбор зубьев шестерен осуществляется путем расчета стандартными методиками, известных из курса теории машин и механизмов, согласовано с прототипом и носит для каждого задания индивидуальный характер.

 

Таблица 5.

Номер шестерни     3 и т.д.
Число зубьев      
передачи основные транспортные Центральная передача Конечная передача
I II III IV V и т.д. I II
Шестерни в зацеплении                  
Передаточные числа трансмиссии                  
Теоретические скорости движения, км/ч                  
                       

 

 

3.4. Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора.

 

Определив основные конструктивные и экономические параметры тракторного двигателя и трактора в целом, приступают к построению теоретической тяговой характеристики, которая позволяет получить наглядное представление о тяговых и топливо-экономических показателях на различных режимах его работы.

Теоретическая тяговая характеристика трактора (Рисунок 4) состоит из двух частей – нижней и верхней. Нижняя часть графика имеет вспомогательное значение и служит для нанесения основных исходных параметров тракторного двигателя. В верхней части графика наносится ряд кривых, показывающих, как в заданных почвенных условиях, при установившемся движении на горизонтальном участке, в зависимости от нагрузки на крюке трактора изменяются его основные эксплуатационные показатели – буксование ведущих органов, скорости движения, тяговая мощность, удельный расход топлива и тяговый КПД трактора.

Вначале в нижней половине графика строится регуляторная характеристика в масштабе передаточных отношений трансмиссии трактора. С этой целью по оси абсцисс от начала координат О/ в принятом масштабе откладывается для каждой передачи максимальная касательная сила тяги, определяемая по формуле:

 

, (26)

 

и номинальная:

, (27)

 

Учитывая, что касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя, поэтому по оси абсцисс от точки О/ для каждой заданной передачи в принятом масштабе наносятся крутящие моменты двигателя МЕ МАХ и МЕ НОМ соответственно касательным силам тяги РК МАХ и РК НОМ.

Через точки номинальных касательных усилий через весь график проводятся тонкие вертикальные линии. Через точки, соответствующие максимальным значениям касательных усилий через весь график проводятся вертикальные пунктирные линии. Зоны между сплошными и пунктирными вертикальными линиями соответствуют перегрузке двигателя в масштабе каждой передачи.

Затем по оси ординат вниз наносятся масштабные шкалы эффективной мощности, часового расхода топлива и частоты вращения коленчатого вала двигателя с таким расчетом, чтобы графики в регуляторной зоне не пересекались.

После этого на нижней половине графика строят кривые изменения основных параметров регуляторной характеристики:

 

NE, GТ, nд = f(МЕ).

 

При этом образуются пучки кривых NE с общим центром в точке О/, кривые GТ с общим центром в точке GТХ и пучок кривых nд с общим центром в точке пХХ.

Точки перегиба (вершины) всех показателей регуляторной характеристики двигателя должны находиться на горизонтальной прямой и по вертикали соответствовать номинальным моментам двигателя.

Кривые, расположенные в нерегуляторной зоне в пределах от МЕ НОМ до МЕ МАХ (зоны перегрузки) для каждой передачи, строятся по расчетным точкам регуляторной характеристики (таблица 3). Нанесенные кривые на график регуляторной характеристики для каждой передачи должны заканчиваться при максимальных значениях крутящих моментов.

После этого переходят к построению теоретической тяговой характеристики в верхней части графика.

По следующей формуле определяется сила сопротивления качению:

 

, Н (28)

где: f – коэффициент сопротивления качению;

G – сила тяжести трактора, Н.

 

На горизонтальной оси от точки О/ откладывают отрезок численно равный величине силы сопротивления качению Рf и второй его конец отмечается точкой О, которая является началом координат тяговой характеристики трактора. Из точки О проводят вертикальную координату графика. Отрезки горизонтальной координаты, измеряемые от точки О, будут давать значения крюковых усилий, а от точки О/ - касательных усилий на движителях.

PKР
NE, gТ, nд
V, NKP, ηТ, δ, gKP
ME3MAX
ME4MAX
ME2MAX
ME1MAX
ME4HOM
ME3HOM
ME1HOM
ME2HOM
PK
V
ηТ
NKP
gКР
δ
O
O /
Pf
GТ XX
NE MAX
GТ MAX
nxx
n0
NE
GТ
nд

 

Рисунок 4.Теоретическая тяговая характеристика трактора на 4 передачах.

По оси ординат вверх изображаются в своих масштабах тяговые показатели трактора – буксование движителей, скорости движения, тяговые мощности на крюке, удельный расход топлива по передачам и тяговый КПД.

Построение теоретической тяговой характеристики начинается с нанесения на график кривой буксования. Эта кривая строится по аналогии с экспериментальными кривыми, полученными при тяговых испытаниях тракторов такого же типа в близких к заданным условиям. Буксование зависит от удельного тягового усилия, и поэтому можно воспользоваться графиком, изображенным на рисунке 5.

У гусеничных тракторов и колесных со всеми ведущими колесами тСЦ = тЭ (тСЦ – сцепная масса трактора). У колесных тракторов типа 4К2 сила давления движителей на поверхность пути меняется в зависимости от нагрузке на крюке:

 

, (29)

 

где: L – продольная база трактора (из прототипа), мм

hКР =400 мм.

 

В формуле (29) первый член представляет массовую нагрузку, передаваемую ведущими колесами в статическом положении трактора, а второй член – догрузку ведущих колес под действием силы тяги на крюке и сопротивления перекатывания.

 

; (30)

Зная отношения по вспомогательным кривым на рисунке 5 определяют буксование движителей. Результаты расчетов заносят в таблицу 6.

 

Таблица 6. Результаты расчета буксования движителей.

РКР тСЦ , Н δ,%
         
         

 

Далее для каждой заданной передачи определяют теоретическую скорость на холостом ходу (РКР =0) по формуле:

 

, км/ч (31)

где: r – радиус качения ведущего колеса (r0 – звездочки);

nд – частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

 

 

δ
а
 
 
 

δ
б
 
 
 

 

Рис



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-29 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: