Расчет колесного трактора 4К2

При проектировании тракторов необходимо правильно выбрать основные их параметры. Данную задачу можно решить с помощью тягового расчета проектируемого трактора.

В тяговых характеристиках, построенных на основе тягового расчета, наиболее полно отражается взаимосвязь различных параметров трактора: передаточными числами, тяговыми, скоростными и топливно-экономическими показателями.

Тяговый расчет позволяет определить, как влияет изменение основных параметров трактора на его тяговые показатели.

Тяговый расчет выполняется при условиях установившегося прямолинейного поступательного движения трактора по горизонтальной опорной поверхности; Номинальную силу тяги трактор должен развивать на невзлущенной стерне нормальной влажности (примерно 15−18%) и средней твердости (на черноземе или суглинке); буксование ведущих колес не должно превышать 18%.

Проектировочный тяговый расчет трактора 4К2

1.1 Задаем значение номинального усилия на крюке, которое должно быть обеспечено. Р_крн =1,4 кН

1.2 Принимаем значение коэффициента нагрузки на ведущие колеса на номинальном режиме работы трактора л_кн=0,4. Коэффициент нагрузки на передние колеса л_пн=0,6.

1.3 Принимаем значения геометрических характеристик трактора:

Базы L=2,7 м Высоты точки приложения крюковой силы P_кр над опорной поверхностью:

h_кр=0,3 м Колеи В=2,0 м

1.4 Выбираем число рабочих передач — 5,

число транспортных передач — 2.

2. Определяем эксплуатационную массу трактора т_э, включающую конструктивную массу т_к, массу ГСМ, балласта, охлаждающей жидкости, части или всей агрегатируемой машины, навешиваемой на трактор, а также водителя:

т (1)

т (2)

где Дlim — коэффициент возможной перегрузки, Дlim=1,35;

л₁ — коэффициент нагрузки на ведущие колеса, л₁=0,4;

ц_доп — допустимое значение коэффициента сцепления по агротехническим требованиям, ц_доп=0,75;

f_с — коэффициент сопротивления качению трактора, f_с=0,08;

g — ускорение свободного падения, g = 9,8м/с².

т

3. Определяем коэффициенты нагрузки на задние и передние колеса трактора в статике, т. е. для неподвижно стоящего трактора:

(3)

4. Определяем эффективную мощность двигателя проектируемого трактора, необходимую для движения трактора без переключения передач:

кВт (4)

где V_д — действительная скорость движения агрегата, V_д=2,7 м/с;

ч_э — коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя, ч_э=0,85;

з_тр — механический КПД трансмиссии, з_тр=0,88;

з_r — КПД, учитывающий потери в движителе, з_r=0,94;

д_доп — допустимое значение буксования, д_доп=0,16.

кВт Считаем, что полученное значение эффективной мощности N_e есть номинальная мощность N_н двигателя.

5. Округляем полученное значение N_н до большего целого числа. N_н=90 кВт.

Для дальнейших расчетов необходимо иметь данные по регуляторной характеристике. При отсутствии экспериментальных данных ее можно получить расчетным путем.

5.1 Задаем номинальное число оборотов двигателя п_н: п_н=1800 об/мин;

5.2 Задаем минимальное число оборотов устойчивой работы двигателя п_min: п_min=500 об/мин;

5.3 Определяем число оборотов холостого хода п_хх:

п_хх=К_нр•п_н, об/мин (5)

где К_нр — коэффициент неравномерности регулятора двигателя, К_нр=1,1

п_хх=1,1· 1800=1980 об/мин

5.4 Предположим, что зависимости эффективной мощности N_e, крутящего момента М_е, часового расхода топлива G_Te от оборотов двигателя п_е на регуляторном участке п_н?п_е?п_хх представляют прямые пропорциональности. Задаем число точек на регуляторной ветви характеристики N и определяем значения оборотов в каждой точке n_ej:

об/мин (6)

где j=1,2,3,4.

При j=Nп_еj=n_н, об/мин (7)

п_е1=1980;60· (1−1)=1980 об/мин;

п_е2=1980;60· (2−1)=1920 об/мин;

п_е3=1980;60· (3−1)=1860 об/мин;

п_е4=п_н=1800 об/мин.

5.5 Для каждого значения оборотов п_еj находим на регуляторном участке соответствующее значение эффективной мощности:

кВт (8)

кВт;

кВт;

кВт;

кВт.

5.6 Определяем соответствующие эффективные крутящие моменты :

кН•м (9)

кН· м;

кН· м;

кН· м;

кН· м.

5.7 Находим значение часового расхода топлива в каждой выбранной точке регуляторной ветви:

кг/ч (10)

где g_н — удельный расход топлива при номинальном режиме работы двигателя, g_н=220 г/(кВт•ч);

К_Т — коэффициент пропорциональности, К_Т=0,2 г/(кВт•ч).

G_Te1=0,001· 220·90−0,2·(90−0)=1,8 кг/ч;

G_Te2=0,001· 220·90−0,2·(90−30)=7,8 кг/ч;

G_Te3=0,001· 220·90−0,2·(90−60)=13,8 кг/ч;

G_Te4=0,001· 220·90−0,2·(90−90)=19,8 кг/ч;

Часовой расход топлива на холостом ходу дизельного двигателя составляет примерно 23% от расхода топлива при нормальной мощности на регуляторе. На холостом ходу топливо затрачивается на создание мощности, идущей на компенсацию внутренних потерь в двигателе. При этом эффективная мощность N_e=0.

5.8 Определяем соответствующее значения удельных расходов топлива:

г/(кВт•ч)(11)

;

г/(кВт· ч);

г/(кВт· ч);

г/(кВт· ч).

5.9 Задаем число точек на безрегуляторной ветви характеристики двигателя М. М=5.

Определяем числа оборотов в j-тых точках:

п_еj=п_н-В (j-N), (12)

где j=N,(N+1),(N+2)…(N+M-1);

При j=(N+M-1)n_ej?n_min

п_е5=1800−325· (5−4)=1475 об/мин;

п_е6=1800−325· (6−4)=1150 об/мин;

п_е7=1800−325· (7−4)=825 об/мин;

п_е8=1800−325· (8−4)=500 об/мин.

5.10 Для каждой j-той точки безрегуляторной ветви определяем эффективную мощность N_ej:

кВт (13)

5.11 Соответствующие значения эффективного крутящего момента М_еj определяется по формуле (9).

5.12 Удельный расход топлива на безрегуляторной ветви характеристики вычисляется по эмпирической формуле:

г/(кВт•ч)(14)

5.13 Часовой расход топлива на безрегуляторной ветви:

кг/ч (15)

G_Te5=0,001· 209·82,93=17,33 кг/ч;

G_Te6=0,001· 213·68,07=14,50 кг/ч;

G_Te7=0,001· 231·48,59=11,22 кг/ч;

G_Te8=0,001· 263·27,67=7,28 кг/ч.

Расчетные данные должны быть сведены в таблицу 1.

Таблица 1

6. Определяем величину касательной силы тяги при номинальном режиме работы трактора:

Р_кн=Р_крн+т_э•g•f_c, кН (16)

Р_кн=1,4· 9,8+8,59·9,8·0,08=20,45 кН.

7. Выбираем большее из значений коэффициентов л_кст; л_кн и л_пст; л_пн. Зная эксплуатационную массу, по грузоподъемности на основании справочных данных подбираем соответствующие пневматические шины.

Максимально необходимая грузоподъемность шины:

кН (17)

где п — число колес на оси трактора, п=2.

Выбираем шины ФД-14А. Ширина шины b=530мм, диаметр шины d=610мм.

Определяем динамический радиус пневматической шины по эмпирической формуле для задних ведущих колес

r_д =[0,5d +(0,80 ч0,85)в]•10^-3, м;(18)

где d — наружный диаметр обода, на который надевается шина, мм;

в — ширина профиля покрышки, мм.

r_д=(0,5· 610+0,8·530)·10^-3=0,729 м

8. Определяем передаточное число низшей передачи рабочего диапазона скоростей i_р1:

(19)

9. Для большинства тракторов отношение максимальной касательной силы тяги к минимальной из диапазона тяговых сил трактора, которые необходимо обеспечить, лежит в пределах:

;(20)

следовательно

10 Передаточные числа диапазона рабочих скоростей тракторов, оборудованных ступенчатыми коробками передач, подбирают по закону геометрической прогрессии. Определяем знаменатель геометрической прогрессии для рабочего диапазона скоростей q_p равный минимальному коэффициенту нагрузки двигателя ч_min:

(21)

где п — число передач.

11. Определяем передаточные числа на каждой i — той передаче из имеющихся п — передач:

трактор тяговый скоростной топливный

(22)

i_p1=0,903¹⁻¹· 37,7=37,7;

i_p2=0,903²⁻¹· 37,7=34,04;

i_p3=0,903³⁻¹· 37,7=30,74;

i_p4=0,903⁴⁻¹· 37,7=27,76;

i_p5=0,903⁵⁻¹· 37,7=25,07.

12. Определяем передаточные числа трансмиссии для транспортного диапазона скоростей

12.1 По условиям комфортности, которая может быть обеспечена подвеской проектируемого трактора, назначаем максимальную скорость на транспортных работах (без учета буксования), V_TPmax=8 м/с

12.2 Определяем передаточное число трансмиссии, соответствующее максимальной транспортной скорости:

(23)

12.3 Определяем первую транспортную скорость:

м/с (24)

где — скорость трактора на высшей передаче рабочего диапазона.

12.4 Определяем передаточное число трансмиссии для обеспечения первой транспортной скорости:

13. Определяем касательную силу тяги для различных передач при всех значениях крутящих моментов двигателя в выбранных точках регуляторной характеристики:

кН (27)

14. Задаем почвенный фон, для которого необходимо провести расчет. Фон — стерня. По справочным данным определяем значение максимального коэффициента сцепления ц_max и коэффициента сопротивления качению f. ц_max=0,06; f=0,08.

15. Определяем коэффициент запаса сцепления:

(28)

при К_с?0 сцепление не нарушено;

при К_с<0 сцепление движителей с поверхностью не обеспечено.

16. Определяем тяговое усилие, соответствующее каждому значению Р_{к (i,j)}:

кН (29)

Если Р_{кр (i,j)}<0, то Р_{кр (i,j)} приравнивается к нулю и вводится сообщение «Мощность двигателя недостаточна для движения в заданном режиме».

17. Определяем буксование:

(30)

где ц_крmax=0,7;

А=0,756;

В=8,82;

(31)

если Р_{кр (i,j)}?0 то д_(i,j)=0.

18. Определяем теоретические скорости движения трактора:

м/с (32)

19. Определяем действительные скорости:

м/с (33)

V_{д (1,3)}=3,76· (1−0,070)=3,5м/с;

V_{д (1,4)}=3,64· (1−0,154)=3,08м/с;

V_{д (1,5)}=2,99· (1−0,207)=2,37м/с;

V_{д (1,6)}=2,33· (1−0,244)=1,76м/с;

V_{д (1,7)}=1,67· (1−0,239)=1,27м/с;

V_{д (1,8)}=1,01· (1−0,198)=0,81м/с.

20. Тяговая мощность трактора равна:

кВт (34)

N_{кр (1,3)}=6,45· 3,5=22,58кВт;

N_{кр (1,4)}=13,72· 3,08=42,26кВт;

N_{кр (1,5)}=16,24· 2,37=38,49кВт;

N_{кр (1,6)}=17,48· 1,76=30,76кВт;

N_{кр (1,7)}=17,35· 1,27=22,03кВт;

N_{кр (1,8)}=15,9· 0,81=12,88кВт.

21. Определяем тяговый КПД:

(35)

22. Удельный крюковой расход топлива:

г/(кВт· ч)(36)

Аналогичные расчеты проводятся для других передач. Полученные данные заносятся в сводную таблицу. По данным таблицы строится тяговая характеристика.

Заключение

Проведенный тяговый расчет позволил определить основные показатели проектируемого трактора: максимальное тяговое усилие составляет 17,48 кН на первой передаче при оборотах двигателя 1150 об/мин, при этом буксование ведущих колес равно 24,4%, скорость движения трактора 1,76 м/с, удельный тяговый расход топлива 471 г/(кВт· ч).

Максимальная скорость при выполнении транспортных работ составляет 7,67 м/с. Максимальный тяговый КПД составляет 0,47.

Тяговые показатели трактора 4К2 на 1 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 37,37

Тяговые показатели трактора 4К2 на 2 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 34,04

Тяговые показатели трактора 4К2 на 3 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 30,74

Тяговые показатели трактора 4К2 на 4 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 27,76

Тяговые показатели трактора 4К2 на 5 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 25,07

Тяговые показатели трактора 4К2 на 6 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 20,75

Тяговые показатели трактора 4К2 на 7 передаче Фон — Стерня колосовых. Передаточное число трансмиссии 17,17