Тяговый расчет трактора ДТ-75М
30
31
Тяговый расчет трактора
Тяговые показатели трактора и эффективность его использования в сельскохозяйственном производстве в соответствии с назначением и условиями эксплуатации зависят от правильного выбора основных параметров: веса (массы), мощности и типа регуляторной характеристики двигателя, передаточных чисел трансмиссии. При выполнении тягового расчета трактора производятся: расчет основных параметров трактора; расчет и построение регуляторной характеристики двигателя, потенциальной и теоретической тяговых характеристик трактора; анализ его основных эксплуатационных свойств. Все расчеты проводятся в Международной системе единиц измерения физических величин.
Теория тракторов и автомобилей - это наука, представляющая собой систему основных знаний, обобщающих и отражающих объективные закономерности изучения эксплуатационных качеств и свойств трактора и автомобиля; о методах их изучения и определения, а так же о способах влияния и совершенствования этих качеств и свойств. В связи с быстрым ростом уровня механизации сельскохозяйственного производства и расширения сферы применения автотранспорта, требования, предъявляемые к эксплуатационным качествам тракторов и автомобилей непрерывно развивается и дифференцируются в зависимости от назначения машины и условий ее использования. Чтобы иметь возможность оценивать влияние отдельных эксплуатационных качеств на общую эффективность машины, нужно установить объективные, научно обоснованные измерители этих качеств и методику их определения.
1. Исходные данные
К основным исходным данным на проектируемый трактор относятся:
1. Тип (прототип) трактора - ДТ-75М, гусеничный.
2. Тяговый класс и номинальное тяговое усилие, к тяговому классу 3 относится трактор ДТ-75М, номинальное тяговое усилие у которого равно Рн = 3 тс 30 кН, выраженной в тоннах силы (1 тс = 1*g кН 9,81 кН 10 кН, где g - ускорение свободного падения).
Номинальное тяговое усилие трактора - это такое максимальное тяговое усилие, при котором движущийся по стерне зерновых культур (при нормальной плотности и влажности почвы) трактор имеет наибольший или близкий к нему тяговый к.п.д. при условии, что потери на буксование движителя (коэффициент буксования) не превышают допустимых по агротехническим требованиям пределов н.доп (тракторы: гусеничные - 3...5 %;). Номинальное тяговое усилие Рн является правой границей рабочего интервала тяговых усилий трактора.
3. Номинальная скорость движения Vн =8,0 км/ч. Это скорость движения трактора, соответствующая номинальному тяговому усилию Рн.
4. Число основных, рабочих передач - z=4.
5. Число транспортных передач - м=2.
6. Агрофон поля: стерня зерновых, средне-суглинистый чернозем.
7. Максимальная транспортная скорость движения трактора
Vмакс=17,5 км/ч.
8. Номинальная частота вращения вала двигателя nн=1780 об/мин.
9. Номинальный удельный расход топлива двигателем gен=245г/кВт*ч.
2. Вес и номинальная мощность двигателя
Конструктивный (сухой) вес Gо - вес трактора в не заправленном состоянии, без тракториста, инструмента, дополнительного оборудования и балласта.
Минимальный эксплуатационный вес Gмин, равный конструктивному весу плюс вес заправочных материалов, инструментов и тракториста. Минимальный эксплуатационный вес Gмин в среднем на 7...11 % больше конструктивного Gо:
Gмин (1,07...1,11)Gо. (1)
Максимальный эксплуатационный вес Gмакс, равный минимальному эксплуатационному весу плюс вес балласта Gб:
Gмакс = Gмин+ Gб. (2)
Балласт применяется для увеличения сцепного веса (нагрузки на ведущие колеса, движитель) Gсц тракторов с целью повышения их тягово-сцепных свойств (уменьшения коэффициента буксования и увеличения силы сцепления Р). При установке балласта на ведущих колесах его вес можно определить по формуле:
Gб = к(Gмакс - Gмин), (3)
где к - коэффициент нагрузки ведущих колес:
к = Gсц/G;
G - эксплуатационный вес трактора - общее обозначение.
Конструктивный вес трактора Gо надо стремиться снижать до минимума с учетом технических возможностей и экономической целесообразности. С уменьшением конструктивного веса снижается металлоемкость, затраты мощности на передвижение трактора, особенно на транспортных работах. Однако с уменьшением конструктивного веса возрастает стоимость трактора в связи с применением более прочных материалов и совершенных технологий. Более или менее точно конструктивный вес может быть определен только при реальном проектировании. При выполнении курсовой работы величину его следует принимать, ориентируясь на тракторы того же класса и уровень их энергонасыщенности.
Расчетный максимальный эксплуатационный вес Gмакс.р трактора определяют исходя их того, чтобы при работе на стерне зерновых культур при нормальной влажности и плотности почвы с номинальной нагрузкой на крюке Рн он обеспечивал не превышение допустимого уровня буксования движителей доп. Для аппроксимации зависимости коэффициента буксования трактора от развиваемого им тягового усилия можно использовать следующую, полученную на основании обработки большого количества опытных данных, зависимость:
= ln[A/(m - кр)]/B, (4)
где m, А, - коэффициенты, полученные при математической обработке опытных данных - таблица 1;
кр - коэффициент использования сцепного веса трактора:
кр = Ркр/Gсц. (5)
Таблица 1. Коэффициенты: сопротивления качению тракторов и функции аппроксимации кривой буксования = ln[A/(m - кр)]/B
Тип трактора | Агрофон, механический состав почвы | f*10-2 | Коэффициенты | |||
А | В | m | ||||
Гусеничный | Стерня, тяжелый суглинок | 6…8 | 0,80 | 73,0 | 0,75 | |
Стерня, средний суглинок | 6…8 | 0,75 | 47,6 | 0,67 | ||
ППП, суглинок | 9…12 | 0,68 | 30,3 | 0,62 | ||
Пояснения: тип почвы - чернозем; ППП - поле, подготовленное под посев; *) - тракторы с неодинаковыми задними и передними колесами; **) - тракторы с одинаковыми колесами (пахотные) |
Gмакс.р = Рн/кр.н=30/0,6=50кН. (7)
Если эксплуатационный вес трактора G будет меньше, чем расчетный максимальный эксплуатационный вес Gмакс.р, то буксование при номинальном тяговом усилии будет превышать допустимый уровень доп.
После определения Gмакс.р следует оценить значение конструктивного веса трактора Gо*:
Gо* Gмакс.р/(1,07...1,11)=50/(1,07...1,11)=46,7…45 кН.
Gо* = 46 кН.
Номинальная (максимальная) мощность двигателя находится из условия реализации заданной номинальной скорости движения Vн при номинальном тяговом усилии Рн трактора по формуле:
н = (Рн + Рf)Vн/(трвуим), (8)
где Рf - сила сопротивления качению:
Рf = fGмакс.р;
где f - коэффициент сопротивления качению, f= 0,07;
Рf = 0,07?50 = 3,50 кН;
Vн=8,0 км/ч = 2,22 м/с;
тр - механический к.п.д. силовой передачи (трансмиссии);
ву - к.п.д. ведущего участка движителя гусеничного трактора, следует принимать ву. = 0,97;
- коэффициент, учитывающий потери от буксования движителя (для гусеничных тракторов = 0,95, = 5 %;
им - коэффициент использования номинальной мощности двигателя, учитывающий резервирование мощности на трогание с места и преодоление дополнительных сил сопротивления движению, им= 0,92.
При определении к.п.д. трансмиссии следует использовать эмпириоаналитическую формулу:
тр = х1n12n2, (9)
где х - к.п.д. «холостого хода» трансмиссии, х = 0,96;
1, 2 - к.п.д. соответственно цилиндрической и конической пар шестерен: 1 = 0,985; 2 = 0,975;
n1, n2 - число пар соответственно цилиндрических и конических шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче. n1=4, n2 = 1.
тр = 0,96?0,9854?0,9751=0,88;
н = (30+ 3,5)?2,22/(0,88?0,97?0,95?0,92)=99,69 кВт=135,6 л.с.
Принимаем: н = 136 л.с.=100 кВт.
Далее оценивают удельную массу трактора по формуле:
mуд* = 10Go*/(Nнg), кг/кВт,
mуд* = 10?46/(100?9,81)= 46,9 кг/кВт.
Затем следует проанализировать и при необходимости скорректировать полученное значение удельной массы mуд* с учетом этого показателя у трактора-прототипа, других тракторов, учесть тенденции развития тракторостроения (см. табл. 2). Принятое после корректировки значение удельной массы обозначим mуд.
Таблица 2. Удельная масса тракторов mуд в зависимости от номинальной скорости движения, кг/кВт
Тип трактора | Номинальная скорость движения Vн м/с (км/ч) | |||
1,0…1,4 (3,5…5,0) | 1,4…2,5 (5,0…9,0) | 2,5 (9,0) | ||
гусеничный | 120…135 | 82…110 | 55…95 |
Принимаем: mуд*=90 кг/кВт,
После этого следует уточнить значения конструктивного Gо и минимального эксплуатационного веса (1).
Gо = 10-3mудNнg
Gо =0,001?90?100?9,81=88,3 кН;
Gмин ?(1,07…1,11)? Gо =(1,07…1,11)?88,3=94,5…98 кН.
Gмин Gмакс.р, то эксплуатационный вес трактора принимают равным G = Gмин=96
Принимаемое в дальнейших расчетах значение эксплуатационного веса трактора для упрощения записей будем обозначать G.
3. Баланс мощности и потенциальная тяговая характеристика
При расчете баланса мощности принимают идеальные предпосылки в использовании трактора:
- автоматическое и бесступенчатое изменение передаточного числа трансмиссии, и, следовательно, тягового усилия и скорости движения;
- загрузка двигателя постоянна, не зависит от тягового усилия и соответствует номинальному режиму;
- к.п.д. трансмиссий и сила сопротивления перекатывания остаются постоянными и не зависят от нагрузочного и скоростного режима работы трактора;
- трактор движется равномерно по горизонтальному участку.
При принятых условиях уравнение баланса мощности имеет вид:
н = тр + + f + кр, (10)
где тр - мощность, теряемая в трансмиссии:
тр = н(1 - тр); (11)
тр = 100?(1 - 0,88)=12 кВт;
- мощность, затрачиваемая на буксование движителей:
= к; (12)
- коэффициент буксования;
к - мощность, подводимая к ведущим колесам:
к = нтр; (13)
к = 100?0,88=88,0 кВт;
= 88,0 ?0,05=4,4 кВт;
f - мощность, затрачиваемая на перекатывание трактора:
f = РfV; (14)
V - рабочая (действительная) скорость движения трактора:
V = Vт(1 - ) = Vт; (15)
- к.п.д. буксования:
= 1- ; (16)
= 1- 0,05=0,95
Vт - теоретическая (без учета буксования) скорость движения трактора:
Vт = к/Рк = к/(Ркр + Рf); (17)
Vт = 88/66,7=1,32 м/с;
V = 1,32?(1 - 0,95) = 1,25м/с;
f =6,7?1,25=8,38 кВт;
Ркр - тяговое усилие, развиваемое трактором;
Рк - касательная сила тяги:
Рк = Ркр+ Рf; (18)
Ркр = крG. (19)
Ркр =0,6?96 =57,6 кН;
Рк = 57,6 + 6,7=64,3 кН;
Nкр - тяговая мощность (мощность на крюке) трактора:
Nкр = РкрV
Nкр = 57,6 ?1,25=72,0 кВт;
н = 12 + 4,4 + 8,38 + 72 = 99,88 ? 100 кВт.
Удельного тягового расхода топлива gкр:
gкр = 103Gтн/Nкр = gенNн/Nкр = gен/т, (21)
где Gтн - номинальный часовой расход топлива двигателем;
т - тяговый к.п.д. трактора.
т = Nкр/Nн = трвуf, (22)
f - к.п.д. перекатывания:
f = Ркр/Рк = Ркр/(Ркр+ Рf) = (Рк- Рf)/Рк; (23)
f =60/66,7=0,90;
т = 0,88?0,97?0,95?0,90 = 0,73;
Gтн = (gен? Nн)/1000; (24)
Gтн = (245? 100)/1000 = 24,5 кг/ч;
gкр = 245/0,73 = 335,62 г/кВт*ч.
Остальные показатели рассчитываются по приведенным выше формулам. Из графика баланса мощности и потенциальной тяговой характеристики следует, что трактор может работать с высокой степенью использования мощности двигателя на крюке, с высокими значениями тягового к.п.д., низким удельным тяговым расходом топлива только в определенном интервале тяговых усилий. Чем больше отклонения от этого интервала, тем больше суммарные непроизводительные затраты мощности на механические потери в трансмиссии, перекатывание и буксование движителей трактора.
Таблица 3. Баланс мощности и потенциальная тяговая характеристика трактора ДТ-75МПоказатель | Результаты расчетов | |||||||||||
кр*) | 0 | 0,10 | 0,20 | 0,30 | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,55 | 0,60 | 0,65 | 0,669 | |
, % | 0,2 | 0,5 | 0,9 | 1,5 | 2,2 | 2,6 | 3,1 | 3,9 | 5,0 | 7,6 | 13,9 | |
Pкр, кН | 0 | 9,6 | 19,2 | 28,8 | 38,4 | 43,2 | 48,0 | 52,8 | 57,6 | 62,4 | 64,2 | |
Pк, кН | 6,7 | 16,3 | 25,9 | 35,5 | 45,1 | 49,9 | 54,7 | 59,5 | 64,3 | 69,1 | 70,9 | |
Vт, м/с | 13,1 | 5,4 | 3,4 | 2,5 | 1,9 | 1,76 | 1,6 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 1,2 | |
Vд, м/с | 13,7 | 5,37 | 3,37 | 2,46 | 1,86 | 1,71 | 1,55 | 1,44 | 1,33 | 1,20 | 1,03 | |
Vд, км/ч | 47,05 | 19,33 | 12,13 | 8,86 | 6,70 | 6,3 | 5,58 | 5,18 | 4,79 | 4,32 | 3,71 | |
N, кВт | 0,176 | 0,440 | 0,792 | 1,320 | 1,936 | 2,288 | 2,728 | 3,432 | 4,400 | 6,688 | 12,232 | |
Nf, кВт | 87,57 | 35,98 | 22,58 | 16,48 | 12,46 | 11,73 | 10,39 | 9,65 | 8,91 | 8,04 | 6,90 | |
Nкр, кВт | 0 | 51,6 | 64,7 | 70,8 | 71,4 | 73,9 | 74,4 | 76,0 | 76,6 | 74,9 | 66,1 | |
gкр,г/кВтч | 474,8 | 378,7 | 346,1 | 343,1 | 331,5 | 329,3 | 322,4 | 319,8 | 327,1 | 370,7 | ||
тяг 1 | 0 | 0,516 | 0,647 | 0,708 | 0,714 | 0,739 | 0,744 | 0,760 | 0,766 | 0,749 | 0,661 | |
тяг 2 | 0 | 0,516 | 0,647 | 0,708 | 0,714 | 0,739 | 0,744 | 0,760 | 0,766 | 0,749 | 0,661 | |
Nн = 100 кВт; тр = 0,88; Nк = 88 кВт; G = 96 кН; f = 0,07; Pf = 6,7 кН; Gтн = 24,5 кг/ч |
Страницы: 1, 2
