1.13 Анализ потенциальной тяговой характеристики трактора
Трактор с бесступенчатой трансмиссией обладает значительным преимуществом перед трактором со ступенчатой трансмиссией. Дело в том, что бесступенчатая трансмиссия позволяет изменять передаточное число трансмиссии в зависимости от нагрузки на крюке. Это позволяет сделать номинальную загрузку двигателя постоянной независимо от нагрузки на крюке, при этом достигается получение максимальной крюковой мощности при минимальном удельном крюковом расходе топлива.
Рациональный диапазон загрузки трактора тяговым усилием ограничивается значением тягового КПД в граничных точках. Анализируя потенциальную тяговую характеристику, можно заключить, что рациональной будет нагрузка на крюке:
, при которой .
При работе трактора с бесступенчатой трансмиссией происходит постоянная регулировка передаточного отношения трансмиссии для выведения двигателя на номинальную нагрузку, так как в реальных условиях нагрузка на крюке колеблется. У трактора с бесступенчатой трансмиссией крюковая мощность в пределах рационального диапазона загрузки трактора крюковым усилием колеблется незначительно и определяется по формуле (1.20), из которой видно, что при постоянстве крюковой мощности увеличение нагрузки на крюке приводит к снижению скорости движения трактора VT и V, и наоборот, снижение нагрузки на крюке влечёт за собой увеличение теоретической и действительной скоростей движения трактора.
Тяговый КПД определим по выражению:
где - КПД трансмиссии;
- КПД по сцеплению колес с почвой;
- КПД трактора по сопротивлению качения пути.
Анализируя выражение, можно заметить, что снижение каждого из сомножителей в отдельности приведёт к снижению тягового КПД.
С уменьшением РKP тяговый КПД падает, вследствие падения до нуля и ; при увеличении , тяговый КПД падает, вследствие падения (Рисунок 7).
2. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЯ
Цель тягового расчета - определение по исходным данным необходимой массы автомобиля, мощности двигателя, передаточных чисел трансмиссии и динамического фактора, обеспечивающих получение динамических показателей автомобиля, удовлетворяющих эксплуатационным качествам.
2.1 Определение массы автомобиля
Собственная масса автомобиля (кг) определяем как:
(2.1)
где - номинальная грузоподъемность, кг;
- коэффициент грузоподъемности (для грузовых автомобилей ).
Полная масса груженого автомобиля (кг) вычисляется по формуле:
(2.2)
где Г- коэффициент грузоподъемности;
75 - масса водителя, кг.
2.2 Определение мощности двигателя
Необходимую мощность двигателя (кВт) определяем из условия возможности движения автомобиля с заданной максимальной скоростью по заданной дороге при полном использовании грузоподъемности автомобиля:
(2.3)
где - коэффициент суммарного сопротивления горизонтального участка пути, соответствующий движению на прямой передаче, ;
- максимальная скорость движения на прямой передаче, км/ч;
- коэффициент обтекаемости, (для грузовых автомобилей );
- площадь лобовой поверхности, м (принимаем по прототипу).
Площадь лобовой поверхности грузовых автомобилей можем определить по формуле:
(2.4)
где В - ширина колеи задних колес, м;
Н - габаритная высота, м;
- КПД трансмиссии (для грузовых 4К2 ).
2.3 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя
Внешняя скоростная характеристика представляет зависимость эффективной мощности и крутящего момента от частоты вращения вала двигателя при полном газе.
Расчет текущей мощности по внешней скоростной характеристике производится по формуле (1.4), а крутящего момента - по формуле (1.5).
Таблица 2.1
Внешняя скоростная характеристика двигателя
0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.9 | 1.0 | 1.1 | ||
0.09 | 0.16 | 0.25 | 0.36 | 0.49 | 0.81 | 1 | 1.21 | ||
0.027 | 0.064 | 0.125 | 0.216 | 0.343 | 0.729 | 1 | 1.331 | ||
0.36 | 0.49 | 0.63 | 0.75 | 0.84 | 0.97 | 1 | 0 | ||
27 | 37 | 47 | 56 | 63 | 73 | 75 | 0 | ||
1200 | 1600 | 2000 | 2400 | 2800 | 3600 | 4000 | 4400 | ||
215 | 221 | 224 | 223 | 215 | 194 | 179 | 0 |
Ограничительную ветвь карбюраторного двигателя строим соединением прямыми линиями номинальных значений мощности и крутящего момента с нулевыми значениями при максимальной частоте вращения.
2.4 Определение радиуса ведущих колес
Радиус ведущих колес определяем по профилю шины, которую выбираем в соответствии с нагрузкой, приходящейся на одно колесо при движении автомобиля с полной нагрузкой. Нагрузка на одно ведущее колесо определим по формуле:
(2.5),
где - коэффициент нагрузки задних колес в статическом состоянии автомобиля ,
- коэффициент увеличения нагрузки на заднюю ось при движении автомобиля ,
- число шин на ведущей оси.
По нагрузке на колеса выбираем шину по ГОСТ 5513-75 и выбираем радиус ведущих колес .
2.5 Определение передаточных чисел трансмиссии
Передаточное число главной передачи определяем из условия движения автомобиля на высшей (прямой) передаче с максимальной заданной скоростью :
(2.6)
где - передаточное число главной передачи.
Передаточное число на первой передаче определяется из условия преодоления наиболее тяжелой дороги, реализации максимального динамического фактора (), а также из условия реализации возможностей сцепления ведущих колес.
Первое условие записываем уравнением
(2.7)
где - сила сопротивления воздуха (Н) (на первой передаче ею можно пренебречь).
(2.8),
где - передаточное число коробки передач на первой передаче;
- передаточное число трансмиссии на первой передаче;
- номинальный крутящий момент двигателя, Н·м,
Динамический фактор по двигателю не должен превышать динамический фактор по сцеплению колес с почвой
(2.9)
где - коэффициент сцепления, ,
Приравнивая выражения (2.8) и (2.9), определим необходимое передаточное число трансмиссии на первой передаче
(2.10)
Значения передаточных чисел трансмиссии на промежуточных передачах определяем из условия получения наибольшей интенсивности поэтапного разгона при переходе с передачи на передачу. При этом мощность двигателя на всех передачах должна быть одинаковой и по возможности наибольшей.
(2.11)
где z - число передач коробки,
q - знаменатель геометрической прогрессии.
Знаменатель геометрической прогрессии определяется по формуле
(2.12)
Передаточные числа трансмиссии по передачам определяются по формуле:
и т.д. (2.13)
; ; .
2.6 Расчет динамического фактора автомобиля
Текущее значение динамического фактора по передачам порожнего автомобиля в зависимости от крутящего момента двигателя рассчитываем по формуле:
(2.14),
При расчетах крутящий момент двигателя и частота вращения принимаем по данным табл. 2.1.
Таблица 2.2
Расчет динамического фактора. Передача первая
1200 | 1600 | 2000 | 2400 | 2800 | 3600 | 4000 | 4400 | ||
215 | 221 | 224 | 223 | 215 | 194 | 179 | 0 | ||
4.37 | 4.49 | 4.55 | 4.53 | 4.37 | 3.94 | 3.64 | 0 | ||
1.8 | 2.4 | 3.0 | 3.6 | 4.2 | 5.4 | 6.0 | 6.6 | ||
3.24 | 5.76 | 9 | 12.96 | 17.64 | 29.16 | 36 | 43.56 | ||
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
4.37 | 4.49 | 4.55 | 4.53 | 4.37 | 3.94 | 3.64 | 0 |
Таблица 2.3
Расчет динамического фактора. Передача вторая
1200 | 1600 | 2000 | 2400 | 2800 | 3600 | 4000 | 4400 | ||
215 | 221 | 224 | 223 | 215 | 194 | 179 | 0 | ||
1.82 | 1.87 | 1.90 | 1.89 | 1.82 | 1.64 | 1.52 | 0 | ||
4.3 | 5.7 | 7.2 | 8.6 | 10.0 | 12.9 | 14.3 | 15.8 | ||
18.49 | 32.49 | 51.84 | 73.96 | 100 | 166.4 | 204.5 | 249.6 | ||
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
1.82 | 1.87 | 1.90 | 1.89 | 1.82 | 1.64 | 1.52 | 0 |
Таблица 2.4
Расчет динамического фактора. Передача третья
1200 | 1600 | 2000 | 2400 | 2800 | 3600 | 4000 | 4400 | ||
215 | 221 | 224 | 223 | 215 | 194 | 179 | 0 | ||
0.76 | 0.78 | 0.79 | 0.79 | 0.76 | 0.68 | 0.63 | 0 | ||
10.3 | 13.8 | 17.2 | 20.7 | 24.1 | 31.0 | 34.4 | 37.9 | ||
106.1 | 190.4 | 295.8 | 428.5 | 580.8 | 961 | 1183.4 | 1436.4 | ||
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
0.76 | 0.78 | 0.79 | 0.79 | 0.76 | 0.68 | 0.63 | 0 |
Таблица 2.5
Расчет динамического фактора. Передача четвертая
1200 | 1600 | 2000 | 2400 | 2800 | 3600 | 4000 | 4400 | ||
215 | 221 | 224 | 223 | 215 | 194 | 179 | 0 | ||
0.31 | 0.32 | 0.33 | 0.32 | 0.31 | 0.28 | 0.26 | 0 | ||
25.0 | 33.3 | 41.6 | 50.0 | 58.3 | 74.9 | 83.3 | 91.6 | ||
625 | 1108.9 | 1730.6 | 2500 | 3398.9 | 5610 | 6938.9 | 8390.6 | ||
0.0137 | 0.0244 | 0.0381 | 0.055 | 0.0748 | 0.1234 | 0.1526 | 0.1846 | ||
0.30 | 0.29 | 0.29 | 0.26 | 0.23 | 0.16 | 0.11 | 0 |
2.7 Построение динамической характеристики автомобиля
По данным табл. 2.2 - 2.5 строим динамическую характеристику порожнего автомобиля (рис. 9). После чего преобразовываем ее в универсальную, позволяющую находить динамический фактор и производить другие эксплуатационные расчеты для автомобиля и автопоезда любой массы.
Построенная характеристика дополняется шкалой Г грузоподъёмности, на которой откладываются значения коэффициента грузоподъёмности, определяемого по формуле
(2.15),
где mа -- действительная масса автомобиля, кг.
2.8 Анализ динамической характеристики автомобиля
Определяем соответствие результатов расчетов проектному заданию:
а) Dmax на первой передаче полностью груженого автомобиля равно 1.44 Dmax по заданию равно 0.54;
б) максимальная скорость движения полностью груженого автомобиля по грунтовой дороге равна 91.6 км/ч, что больше 85 км/ч (по заданию).
ЛИТЕРАТУРА1. Методические указания к курсовой работе по тракторам и автомобилям. - Омск: ОмГАУ, 2006г.2. Скотников В.А, Мащерский А.А и др. Основы теории и расчёта трактора и автомобиля. - М.: Агропромиздат,1986.3. Справочные материалы по тракторам и автомобилям. - Омск: ОмСХИ, 1989.
