Министерство образованияРоссийской Федерации
Братский государственныйтехнический университет
Кафедра Строительныеи дорожные машины и оборудование
Курсовая работа
Двигательвнутреннего сгорания. Расчёт тягача
Братск 2003
Заданиена курсовую работу
тяговый расчет тягач скорость
1.Трактор – гусеничный;
2.Тяговое усилие на крюке – 13 ×104Н;
3.Номинальная скорость – 7,0 км/ч;
4.Номинальная частота вращенияколенчатого вала – 2200мин-1;
5.Удельный расход топлива – 250гр/кВт×ч;
6.КПД трансмиссии – 0,88;
7.Коэффициенты С1 – 0,87 и С2 – 1,13;
8.Коэффициенты А = 0,047; В = 0,101×102;φ= 0,6; f = 0.08;
9.Кисло передач трансмиссии n = 8.
Необходимо:
1.Определить массу тягача;
2.Рассчитать номинальную мощностьдвигателя;
3.Построить скоростную и регуляторнуюхарактеристику двигателя;
4.Построить потенциальную тяговуюхарактеристику;
5.Определить скорости тягача ипередаточные числа трансмиссии;
6.Построить тяговую характеристикутягача графическим способом.
Содержание
1.Тяговый расчёт тягача с механической трансмиссией
1.1 Определение массы тягача
1.2 Определение номинальной мощности двигателя
1.3 Построение скоростной и регуляторной характеристикидвигателя
2. Построение потенциальной тяговой характеристики
3. Определение скоростей тягача и передаточных чиселтрансмиссии на различных передачах
Список использованной литературы
1.Тяговыйрасчёт тягача с механической трансмиссией
Тяговый расчет производится для определения ряда параметров тягача и построенияего тяговой характеристики. Последовательность работы:
— определение массы тягача;
— определение номинальной мощности двигателя;
— построение скоростной характеристики двигателя;
— построение регуляторной характеристики двигателя:
— построение потенциальной тяговой характеристики и определение скоростейтягача.
1.1Определение массы тягача
Максимальная масса тягача определяется исходя из номинального тягового усилия,развиваемого тягачом; коэффициента сцепления, определяемым характером поверхностикачения; коэффициента загрузки ведущих колёс; коэффициента сопротивления качению.
/>
где Ркр.н – номинальное тяговое усилие, Н;
φ – коэффициент сцепления, определяемый характером поверхности качения;
λк – коэффициент загрузки ведущих колёс (для гусеничных тягачей λк= 1);
f – коэффициент сопротивления качению;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
1.2 Определение номинальной мощности двигателя
Номинальная мощность двигателя N определяется из условия реализации номинальноготягового усилия Р, заданного для номинальной рабочей скорости тягача:
/> кВт,
где ηим — коэффициент использования мощности, учитывающий запас мощностидвигателя для преодоления повышения момента сопротивления без переключения передач,принимается равным 0,95;
ηxx — коэффициент, учитывающий затраты мощности на привод вспомогательныхмеханизмов (вентилятора, компрессора и др.), принимается равным 0,9
Uн — номинальная рабочая скорость тягача, определяемая заданием, км/ч;
ηт — тяговый КПД ,
ηт =ηтр × ηДВ × ηδ × ηf,
где ηт – КПД трансмиссии; ηДВ – КПД движителя, принимается для колесногодвижителя приближенно равным единице, для гусеничного движителя в общем случае можетбыть определен из уравнения:
/> ,
ηδ — скоростной КПД движителя, учитывающий буксование машины, принимаетсядля колесного движителя равным 0,82÷0,85, для гусеничного — 0,94 ÷0,96;
ηf — силовой КПД, учитывающий потери мощности на преодоление, сопротивлениякачению.
/> ,
где Рf – окружная сила, необходимая для перекатывания трактора,
/>
Подставляя в формулы числовые значения, вычислим неизвестные величины:
/>;
/>
/>
ηт =ηтр × ηДВ × ηδ × ηf, = 0,88 × 0,93× 0,96 × 0,87 = 0,68
Таким образом номинальная мощность двигателя равна:
/>
1.3 Построение скоростной и регуляторной характеристик двигателя
Для построения характеристик выбирается номинальная частота вращения коленчатоговала двигателя nен при номинальной мощности Nен. Номинальная частота назначаетсяв зависимости от быстроходности двигателя в пределах 1500…2500 об/мин. Частотавращения на холостом ходу:
nxx =(1,07… 1,1) × nен = 1,07 × 2200 =2354 мин-1
Частота вращения при максимальном крутящем моменте определяется по формуле:
nем =0,5 × С2 × nен. = 0,5 × 1,13 × 2200 =1243 мин-1
где С2 — коэффициент, зависящий от способа смесеобразования двигателя.
Мощность холостого хода Nхх при частоте вращения nxx принимается равной нулю,причем характер изменения эффективной мощности Ne на регуляторной ветви характеристикиот nен до nxx линейный.
Мощность двигателя на перегрузочной ветви скоростной характеристики от nендо nем вычисляется не менее, чем в пяти точках по формуле
Nei = Nен (C1 – аi + C2 — ai2 — ai3),
где аi — отношение текущего значения частоты вращения вала двигателя nei кчастоте вращения вала при номинальной мощности nен; nei изменяется в пределах отnен до nем.
Значения крутящего момента двигателя Mei определяется по формуле:
/>,
где Nei – текущее значение эффективной мощности.
Все полученные в этом разделе данные сведены в таблицу 1
Таблица 1Показатели
nем
1243
n1
1400
n2
1560
n3
1720
n4
1880
n5
2040
nен
2200
nхх
2354 a = nei / nen a 0.57 0.64 0.71 0.78 0.85 0.93 1.0 – a2 0.33 0.41 0.50 0.61 0.72 0.87 1.0 – a3 0.185 0.262 0.358 0.475 0.614 0.804 1.0 – Nei = Nen (C1 × ai + C2 × ai2 – ai3) Nei, кВт 297,30 329,60 358,56 388,21 408,29 429,64 434,77 Mei = 9555×Nei / nei Mei, Н×м 2284,36 2249,52 2196,18 2156,60 2075,11 2012,36 1888,29 gei = gen ×(1.2 – 1.2 × ai + ai2) gei, г/кВт×ч 211,5 210,5 212 218,5 225 238,5 250 Gei = gei × Nei / 1000 Gexx Gei, кг/ч 62,88 69,38 76,02 84,82 91,87 102,47 108,69 35,43
Часовой расход топлива на холостом ходу определён по формуле:
Gexx = 0.0815 ×Neн, кг/ч.
По результатам расчётов строимскоростную и регуляторную характеристику (приложение 1 и 2)
2. Построение потенциальной тяговой характеристики
Потенциальная тяговая характеристика — это идеальная характеристика, которуюможет иметь тягач, оборудованный бесступенчатой коробкой перемены передач, обеспечивающейво всем диапазоне тяговых усилий Ркр передачу номинальной мощности Nен, развиваемойдвигателем.
Потенциальная тяговая характеристика представляет собой графическую зависимостьбуксования δ, потерь мощности в трансмиссии и движителе Nтрδ, потерь мощностина буксование Nδ, потерь мощности на преодоление сопротивления качению Nf,тяговой мощности Nкр, теоретической скорости Uт, и действительной скорости Uд оттягового усилия Ркр. При этом считается, что номинальная мощность Neн, развиваемаядвигателем, постоянна во всем диапазоне тяговых усилий.
При любом значении тягового усилия Ркр должно выполняться условие: />
или:
/>,
где Nен × ηим × ηхх = Nесв — свободная мощность, реализуемаяв трансмиссии и движителе.
Начальным этапом при построении потенциальной тяговой характеристики являетсярасчет значений коэффициента буксования по эмпирической формуле:
δ =A (PKp/R)+B (Ркр/R)n
где А, В — коэффициенты, величина которых зависит от поверхности качения (см.табл.2);
Ркр/R- отношение значений тягового усилия к реакции грунта на ведущие колеса;для гусеничных и колесных тягачей можно принять
R = mmax × g., где mmax – масса на ведущие колёса.
Текущее значение величины Ркр, используемое при построении характеристики,определяется из отношения PKp/R, значения которого изменяются в пределах от 0 до1 через интервал 0,05.
При построении кривой буксования δ% = f(PKp) расчетные значения коэффициентабуксования δ переводятся в проценты:
/>
где δ – текущее значение коэффициента буксования;
δ0,95 – значение коэффициента буксования, которое соответствует величинеPKp/R = 0,95.
Зависимость Nесв = f(Ркp) выражается прямой, которая строится параллельнооси абсцисс во всем диапазоне тяговых усилий
Nесв = Nен × ηим × ηхх = const.
Вниз от прямой Nесв = f(Ркp) откладываются значения Nтрδ потерь мощностив трансмиссии н движителе:
Nтрδ= Nесв ×(1- ηтр × ηдв)
Разность между свободной мощностью, реализуемой в трансмиссии и движителе,и потерями мощности Nтрδ представляет собой мощность на ведущих колесах тягачаNвк
Nвк= Nесв- Nтрδ.
Так какNтрδ во всем диапазоне тяговых усилий принимается постоянной, линия Nвк будетпараллельной линии Nесв и оси абсцисс.
По зависимости:
Nδ= Nвк × δ% / 100%
вычисляются и откладываются вниз от линии Nвк значения потерь мощности набуксование Nδ.
По формуле:
/>
находятся значения теоретической скорости UT.
Значения действительной скорости определяются следующим образом:
/>
По формуле:
/>
определяются величины потерь мощности на преодоление сопротивления качению.Эти значения откладываются вниз от линии, полученной при определении потерь мощностина буксование Nδ.
Разность Nесв- Nтрδ –Nδ- Nf определяет значения тяговой мощностиNKP в данных точках для конкретных тяговых усилий.
Результаты вычислений в данном разделе занесены в табл.2
Таблица 2.Ркр/R δ δ% ркр Nесв Nтрδ Nδ UT Ud Nf Nkp ητ 0,000 0,00 0,0 371,73 67,51 0,000 54,760 54,760 304,222 0,000 0,05 0,002 0,03 12500 0,091 33,698 33,688 187,156 116,973 0,10 0,005 0,07 25000 0,213 24,338 24,321 135,117 168,890 0,15 0,007 0,10 37500 0,304 19,047 19,028 105,711 198,205 0,20 0,009 0,14 50000 0,426 15,646 15,624 86,800 216,994 0,25 0,012 0,18 62500 0,548 13,275 13,251 73,617 230,055 0,30 0,015 0,22 75000 0,669 11,528 11,503 63,906 239,645 0,35 0,019 0,28 87500 0,852 10,188 10,160 56,444 246,924 0,40 0,025 0,38 100000 1,156 9,127 9,092 50,511 252,553 0,45 0,038 0,57 112500 1,734 8,266 8,219 45,661 256,825 0,50 0,063 0,93 125000 2,829 7,553 7,483 41,572 259,819 0,55 0,110 1,64 137500 4,989 6,954 6,840 38,000 261,231 0,60 0,198 2,93 150000 8,914 6,442 6,253 34,739 260,567 0,65 0,352 5,22 162500 15,880 6,001 5,688 31,600 256,740 0,70 0,615 9,12 175000 27,745 5,616 5,104 28,356 248,119 0,75 1,046 15,51 187500 47,185 5,278 4,459 24,772 232,263 0,80 1,732 25,68 200000 78,124 4,978 3,700 20,556 205,540 0,85 2,792 41,39 212500 125,917 4,711 2,761 15,339 162,964 0,90 4,390 65,08 225000 197,986 4,470 1,561 8,672 97,562 0,95 6,745 100,00 237500 304,22 4,253 0,000 0,000 0,000
График потенциальной тяговойхарактеристики представлен в приложении 3
3. Определениескоростей тягача и передаточных чисел трансмиссии на различных передачах
Максимальная скорость Umax трактора (тягача) для гусеничных машин с полужесткойподвеской принимается равной 10÷12 км/ч; для гусеничных машин с эластичнойподвеской равна 15÷20 км/ч; для колесных машин составляет 40÷60 км/ч.
Следует иметь в виду, что указанные значения максимальной скорости могут бытьполучены только при наличии в схеме трансмиссии транспортного, замедленного, рабочегодиапазонов скоростей.
Определение максимальной и минимальной скоростей тягача в рабочем диапазонепроизводится на основании усилий на крюке, соответствующих данным скоростям.
За максимальное усилие на крюке Ркр.max принимается усилие, реализуемое тягачомпри максимальном коэффициенте сцепления, то есть:
Ркр.max = φmax × mmax × g ×λk — Pf
Установлено, что наивысшая производительность труда на землеройных работах(например, бульдозирование) достигается при:
φmax = (1.10 ÷1.15) × φ ,
где φ — коэффициент сцепления, при котором тягач развивает номинальнуюсилу тяги. Подставляя числовые значения, получаем:
Ркр.max = 0,66 × 25484,2× 9,81 × 1 – 20000 =145000 Н.
При величине Ркр.max на потенциальной характеристике определяется минимальнаяскорость в рабочем диапазоне Up.min.
Максимальная скорость тягача (трактора) определяется по потенциальной тяговойхарактеристике при минимальном тяговом усилии на крюке, равном />,
где δТ — тяговый диапазон трактора (тягача);
/>,
где ε — коэффициент расширения тяговой зоны (принимается равным 1,15÷ 1,25). Для универсальных тракторов его величина устанавливается ближе кверхнему пределу, для специальных (которые чаще являются базовыми для строительныхи дорожных машин) — ближе к нижнему пределу; Ркр.н — номинальная сила тяги, установленнаяклассом тяги; Р’кр.н – номинальная сила тяги, установленная для предыдущей в классификациитягового класса (принимаем Р’кр.н = 0,8 × Ркр.н)..
Таким образом: />
и /> Н.
По потенциальной тяговой характеристике определяем значения максимальной иминимальной рабочих скоростей:
/> = 2,748м/с;
/> = 1,802м/с.
Диапазон основных скоростей тягача:
/>
На основании заданного числа передач и вычисленного диапазона основных скоростейδUoc определяем знаменатель геометрической прогрессии
/>
Максимальное iтp.max и минимальное iтp.min значения передаточных чисел трансмиссииопределяем по формулам:
/>;
/>
где rвк — радиус ведущих колес тягача, м.
Для гусеничного тягача радиус ведущей звездочки определяем по формуле:
/> м.
где z = 14 — число звеньев гусеницы, перематываемых за один оборот ведущегоколеса;
L = 250 — шаг гусеницы (длина одного трака по осям пальцев), мм.
Передаточные числа узлов трансмиссии определяются конструктивно. Их произведениеравно общему передаточному числу трансмиссии.
Следует учитывать, что iTp.max — есть передаточное отношение трансмиссии напервой передаче. Передаточные числа на всех остальных промежуточных передачах:
/>
Передаточное число трансмиссии iтр — это произведение передаточных чисел узлов,входящих в трансмиссию: увеличителя крутящего момента (УКМ), коробки передач (КП),раздаточной коробки (РК), дополнительной (диапазонной) коробки (ДК), центральной(главной ) передачи (ЦП), бортовой передачи (БП) и конечной передачи (Кон.П), т.е.
/>
откуда:
/>;
Для расчетов принимаем следующие значения передаточных чисел узлов трансмиссии:
iукм = 1,5
iрк = 3,6
iцп = 3,5
iдк = 1,5
iбп = 5,13
iкон.п= 4,8
Полученные значения iтp; iKni заносим в таблицу 3. Используя значения передаточныхчисел трансмиссии необходимо определить теоретическую скорость тягача, тяговые усилияи крутящий момент двигателя на различных передачах. Для вычисления используем формулы:
/>;
/>;
/>
Результаты вычислений также заносим в таблицу 3.
Таблица 3
Показатели
тягача Номер передачи I II III IV V VI VII VIII iтр. 71,208 67,051 63,137 59,451 55,98 52,712 49,635 46,704 iкп 1,525 1,436 1,352 1,273 1,199 1,129 1,063 1,000 Uт (при nexx) 6,942 7,372 7,829 8,315 8,83 9,378 9,959 10,584 Uт (при nен) 6,488 6,89 7,317 7,771 8,253 8,764 9,308 9,892 Pкр(Мен) 161631,5 151028,1 141044,6 131642,7 122789,1 114453,4 106604,8 99128,7 Mе(Рк=Рf) 207,925 220,816 234,505 249,045 264,487 280,884 298,297 317,017
Построениетяговой характеристики тягача графическим способом
Тяговая характеристика машины представляет собой графическое выражение реальныхвыходных тяговых параметров, являющихся результатом совместной работы колесногоили гусеничного движителя, трансмиссии и двигателя. Подобная характеристика справедливадля следующих условий движения машины:
— поверхность качения должна быть горизонтальна;
— движение машины равномерно;
— подача топлива максимальна;
отбор мощности через ВОМ должен отсутствовать.
Исходными данными для построения являются:
— зависимости регуляторной характеристики:
nе=f(Ме), Ne=f(Me), Ge=f(Me);
— передаточное число трансмиссии на различных передачах;
— кривая буксования, полученная в результате построения потенциальной тяговойхарактеристики;
— значение силы сопротивления качению Рf.
Порядок построения тяговой характеристики следующий.
I. В секторе I строим кривую буксования:
δ% = f(Pkp)
2. Влево от точки О откладываем в масштабе, принятом для тягового усилия Ркр,значение силы сопротивления качению Рf (10770.3 Н). Полученная точка О1 являетсяначалом координат для определения на оси абсцисс значения окружного усилия на ведущейзвездочке:
Рз = Ркр + Рf.
3. Производим подбор трех передач из числа всех имеющих место в данной трансмиссиитягача.
Для этого по таблице 3 определяется сначала передача, которая при Мен даетнаиболее близкое к заданному классу тяги значение тягового усилия Ркр. Две другиепередачи выбираются из числа смежных с первой точкой.
В нашем случае наиболее близкое значение Ркр к заданному классу тяги даётV передача. Поэтому для построения графиков выбираем IV, V и VI передачи.
4. В секторе IV строим лучевой график Рк =f(Me) для этих трех передач. Дляэтого из таблицы 3 берем значения крутящих моментов Me при Рk = Рf и откладываемих на оси ординат, затем через полученные точки и точку О1 проводим прямые, которыевыражают зависимости Рк =f(Me)
5. В III секторе с использованием данных таблицы 1 строим регуляторную характеристикудвигателя:
nе=f(Me), Nе=f(Mе), Ge=f(Me)
Для построения зависимости nе = f(Me) на оси абсцисс откладываем значениямаксимальной скорости UT при nехх на передаче, высшей из трех принятых для построений.
Кривая K2L7 выражает в графической форме зависимость теоретической скоростина высшей передаче
Из найденных таким образом на оси абсцисс точек проводим линии, параллельныеК2L7. Эти кривые будут выражать зависимость UT =f(Me) на соответствующих передачах.
6. В секторе II строим лучевой график Uд = f(Uт). Порядок построения графикапредусматривает равенство масштабов теоретической скорости на оси абсцисс и действительной- на оси ординат.
В данном случае из точки 0 проводим под углом 45° луч до пересечения с перпендикуляром,восстановленным из точки К2, затем отрезок К2К1 делим на 10 равных частей, полученныепри этом точки соединяем с точкой 0.
Каждый луч выражает зависимость действительной скорости тягача Uд от теоретическойскорости Uт, при определенном значении буксования δ%. Так, луч OK1 выражаетзависимость Uд при δ% = 0. Остальные лучи графически выражают зависимость действительнойскорости при промежуточном значении буксования δ%.
7. Задавшись значением тягового усилия Ркр на высшей (в данном случае на IV-й)передаче, определим соответствующие этому тяговому значению усилия Uд; NKp; ητ,; Gт; gτ (I-й сектор). Из точки a1, соответствующей PKp1, опускаем перпендикулярна луч PкрIV. Из полученной точки аз проводим прямую, параллельную оси абсцисс,до пересечения ее с кривой UTIV=f(Me) (точка а7), при этом ордината Оа4| дает значенияМе, а проекции точек а5, а6, а7 на ось абсцисс определяют соответственно величиныNе, Ge и др. Продолжив линию a7 а8 до пересечения с лучом, соответствующим величинебуксования при Ркр1 (в нашем случае около 8% отрезка a1a2), найдем точку а9, ординатакоторой определяет значения UдIV — действительные скорости тягача при тяговом усилииPKp1 и при буксовании, равном 8%.
Проведем из точки а9 прямую, параллельную оси абсцисс, из точки a1 проведемперпендикуляр до пересечения с данной прямой. В результате найдем точку а10 — точку,лежащую на кривой UДIV = f(Рkp). Максимальная действительная скорость тягача наIV-й передаче будет иметь место на холостом ходу тягача при Ркр = 0. Точка С7 определяетв принятом масштабе максимальную действительную скорость тягача на IV передаче.
Максимальная теоретическая скорость тягача на IV передаче определится из графикаUT = f(Me).
При Меmах действительная минимальная скорость определяется с использованиемлучевого графика и с учетом буксования (отрезок l1l2).
Расчетным путем максимальное усилие на крюке может быть определено по формуле:
/>
графически Pkp max определится как проекция точки l3 на ось абсцисс.
Теоретические и действительные скорости на остальных (низших) передачах определяемподобным образом с использованием соответствующих этим передачам зависимостей.
8. Определяем остальные тяговые параметры тягача:
тяговая мощность
/>
где Ркр.i и Uкр.i — значения тягового усилия и действительной скорости притяговом усилии в данной передаче;
— тяговый коэффициент полезного действия
/>
где Nei — величина мощности двигателя, найденная из графика N = f(Mе), определяетсяв секторе III).
Зависимость gт=f(PKp) строится по результатам предыдущих вычислений с использованиемформулы:
/>
где GТ; NKP — значения часового расхода топлива и тяговой мощности при данномтяговом усилии при данной передаче.
9. Для всех передач определяем значение максимальной силы тяги по двигателюPД max.
10. Определяем максимальную силу тяги по сцеплению Рφ, т.е. силу тяги,развиваемую тягачом при наступлении стопроцентного буксирования. Полученные расчетными графическим способами величины параметров тягача заносим в соответствующие таблицы,по которым строим графики тяговой характеристики. (приложение 4)
Список использованной литературы
1.Родичев В.А.Тракторы и автомобили – М.; Машиностроение, 1987. – 237 с.
2.Иванов В.В.Основы теории автомобиля и трактора – М.; Высшая школа, 1970.
3.Сергеев В.П.Автотракторный транспорт
4.Двигателивнутреннего сгорания. Лукашин и др. Под ред. Лукашина.
5.Расчёттягача с механической трансмиссией. Методические указания к выполнению курсовойработы. /Г.Н.Плеханов – Братский государственный технический университет, 2002,-20 с.