Тягово-сцепные и опорные свойства, проходимость и топливная экономичность трактора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И

ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РБ

Курсовая работа

ТЕМА. Тягово-сцепные и опорные свойства, проходимость и топливная экономичность трактора

Минск 2011



Содержание

Введение

1. Тягово-сцепные свойства и топливная экономичность трактора

1.1 Тяговый диапазон трактора

1.2 Масса трактора

1.3 Номинальные скорости движения

1.4 Номинальная мощность двигателя, устанавливаемого на тракторе

1.5 Тяговая характеристика трактора

1.5.1 Определение передаточных чисел трансмиссии трактора и уточнение его расчётных скоростей движения

1.5.2 Построение теоретических характеристик двигателя

1.5.3 Построение нижней вспомогательной части тяговой характеристики трактора

1.5.4 Построение верхней части тяговой характеристики трактора

2. Опорные свойства и проходимость трактора

2.1. Определение нормальных реакций почвы на гусеницы трактора, длины и ширины опорной поверхности гусениц

3. Конструкторская разработка

Литература



Введение

Сложившиеся в последние годы новые условия хозяйствования в РБ, когда механизация тех или иных процессов должна осуществляться преимущественно средствами, создаваемыми непосредственно в республике, потребовали существенной переориентации отрасли тракторостроения. Выпускавшийся серийно в республике на ПО "Минский тракторный завод" колесный трактор тягового класса 1,4 не мог удовлетворить всех потребностей сельскохозяйственного производства. К тому же в связи с распадом СССР и разрывом производственно-технологических связей тракторостроительная отрасль подверглась разрушительным процессам. Платежеспособность традиционных потребителей продукции, т.е. сельского хозяйства стран СНГ и Восточной Европы, упала почти до нуля, объемы их закупок постоянно сокращались. Из-за невысокой конкурентоспособности выпускаемых тракторов, отсутствия средств на техническое перевооружение производства и перестройку системы продаж объемы экспорта также катастрофически сокращались. Требовались решительные и кардинальные перемены. РУП МТЗ поставило перед собой стратегическую задачу построения первоклассного предприятия XXI века, прежде всего стать общепризнанным мировым лидером в тракторостроении, гарантирующим изготовление и поставку качественной и добротной продукции. Как результат, в последние годы на РУП МТЗ ведутся работы по расширению номенклатуры выпускаемых тракторов, по созданию универсально-пропашных тракторов в тяговых классах 0,2...2, 3 и 5, новых моделей гусеничных тракторов в тяговом классе 3 и промышленных тракторов. Освоено производство тракторов мощностью от 45 до 185 кВт (до 1995 г. МТЗ выпускал в массовом порядке тракторы мощностью 37...59 кВт). При этом намечается улучшить тягово-сцепные свойства и топливную экономичность, снизив удельный эффективный расход топлива и смазочных масел на 10...12% и удельную металлоемкость на 10…15%. На ближайший период года предстоит создать мощности на 10…20 тысяч тракторов Беларус-1221/1522/1802 и 2522, закончить отработку конструкции и освоить производство тракторов Беларус - 2522 мощностью 220 кВт, Беларус - 1802 (гусеничный) мощностью 132 кВт и Беларус - 1822 мощностью 132…147 кВт.

Тракторные агрегаты работают в различных природно-климатических условиях. Требования, предъявляемые к ним, весьма разнообразны. Для удовлетворения этих требований, которые зачастую противоречивы, необходимо наличие ряда эксплуатационных качеств, свойств и показателей, характеризующих в комплексе эффективность работы тракторов в тех или иных условиях. Правильный выбор эксплуатационных свойств и их показателей имеет существенное значение для дальнейшего научно-технического прогресса отечественного тракторостроения.

Основную группу эксплуатационных свойств тракторов составляют тягово-сцепные и опорные, а также свойства, определяющие проходимость и топливную экономичность.

Тягово-сцепные свойства оцениваются такими показателями, как коэффициенты сопротивления качению, буксования и сцепления с почвой, которые в свою очередь зависят от массы трактора, мощности двигателя, запаса крутящего момента и коэффициентов приспособляемости по крутящему моменту и частоте вращения коленчатого вала двигателя, диапазона тяговых усилий и скоростей движения.

Топливная экономичность зависит от расхода топлива при различных эксплуатационных режимах, потерь, возникающих при движении агрегата, подбора диапазонов и количества передач (скоростей движения), других эксплуатационных и конструктивных показателей.

Проходимость зависит от величины средних и максимальных давлений под опорной поверхностью, положения центра давления и других показателей.

1. Тягово-сцепные свойства и топливная экономичность трактора

Тягово-сцепные свойства определяются при тяговом расчете трактора. При этом рассматриваются основные показатели трактора: тяговое усилие на основных передачах, масса, расчетные скорости движения и требуемая мощность двигателя.

При выполнении указанных расчетов нужно исходить из заданного тягового класса трактора. Класс трактора характеризуется величиной номинальной силы тяги Р_н, которую он должен развивать на крюке, работая на стерне нормальной влажности (8...22%) и средней твердости (1...1,5МПа) на горизонтальных участках чернозема или суглинка. При этом буксование движителей не должно выходить за допустимые пределы и трактор должен, соответственно, иметь достаточно высокий тяговый КПД. У колесных тракторов допускается в этих условиях буксование движителей 15...18%, у гусеничных - 3...5%. Тяговый КПД у колесных тракторов 4К2 должен быть не ниже 60...64%, у тракторов 4К4 не ниже 65...68%, у гусеничных не ниже 70...74%.

1.1 Тяговый диапазон трактора

Тяговый диапазон трактора, т.е. отношение его номинальной силы тяги на крюке P_н к минимальной силе тяги P_{кр min}, с которой он может быть рационально использован. Величина тягового диапазона _т подсчитывается по формуле:

кН,



где: P_н - номинальная сила тяги, установленная для тракторов предыдущего тягового класса ; - коэффициент расширения тяговой зоны трактора. Рекомендуется = 1,1…1,3.

Расчетная минимальная сила тяги на крюке трактора при принятых условиях работы на стерне:

кН

Зная пределы тяговых усилий на крюке, с которыми рассчитываемый трактор должен работать, можно подобрать к нему применительно к тем или иным зональным условиям соответствующий набор сельскохозяйственных машин.

1.2 Масса трактора

Различают: конструктивную массу m₀, т.е. массу трактора в незаправленном состоянии, без тракториста, инструмента, дополнительного оборудования и балласта;

- минимальную эксплуатационную массу m_min, равную конструктивной плюс масса заправочных материалов и масса тракториста, кг;

- максимальную эксплуатационную массу m_max, равную m_min плюс балласт того или иного типа, который может быть применен для увеличения сцепного веса (обычно у колесных тракторов 4к2), кг.

При выполнении курсовой работы величину m₀=4400 кг берем ориентируясь на показатели современных тракторов того же тягового класса (табл.1 приложений для Т-70С).

С достаточной точностью можно принимать, что минимальная эксплуатационная масса трактора

m_min=(1,05…1,1)m₀=1,14400=4840 кг.

Максимальная эксплуатационная масса трактора выбирается с таким расчетом, чтобы при работе в соответствующих условиях с номинальной нагрузкой на крюке сцепной вес (т.е. вес, приходящийся на ведущие колеса) трактора был достаточен для обеспечения допустимого буксования ведущих колес.

Подсчет максимальной эксплуатационной массы трактора производится по следующей формуле:

- для гусеничного трактора:

кг,

где: _кдоп=0,5 - допустимая величина коэффициента использования сцепного веса трактора; f'=0,08 - коэффициент сопротивления качению для гусиничных тракоров.

В данном случае m_max< m_min. В таком случае для дальнейших расчетов используем значение m_min.

1.3 Номинальные скорости движения

Выбор основных скоростей движения (основных передач) должен быть увязан с принятым диапазоном тяговых усилий на крюке и с требованиями агротехники в отношении допустимых скоростей работы на различных сельскохозяйственных операциях.

Значение низшей основной скорости v_н1=1,7 м/с и число Z=6 основных скоростей указаны в задании.

Отношение высшей основной скорости v_н6 к низшей v_н1 определяет диапазон номинальных основных скоростей трактора _vосн, т.е.:



где: i_тр1 и i_тр(z) - передаточные числа трансмиссии трактора соответственно на низшей и высшей основных передачах.

Скорость v_н1 должна обеспечивать полную загрузку двигателя на номинальную величину М_н крутящего момента при работе трактора с номинальной силой тяги на крюке P_н. Эксплуатационная масса при этом должна быть максимальной m_max.

Скорость v_нZ должна применяться при работе с минимальной силой тяги на крюке P_крmin= P_н/_т, на которую рассчитан трактор. В этом случае достаточно иметь минимальную эксплуатационную массу m_min и может быть допущена загрузка двигателя на величину _дmin=0,85...0,9. КПД трансмиссии _тр принимается для обычно рассматриваемых вариантов работы одинаковым.

В задании указывается численное значение первой основной скорости V_н1; остальные основные скорости подсчитываются, исходя из установленного значения q знаменателя геометрического ряда, т.е.: V_н2=V_н1q=1,71,09=1,85 м/с, V_н3=V_н2q=1,851,09=2,02 м/с,

V_н4=V_н3q=2,02 1,09=2,2 м/с,V_н5=V_н4q=2,20 1,09=2,4 м/с,

V_н5=V_н4q=2,4 1,09=2,62 м/с.

При выполнении тягового расчета номинальная величина высшей транспортной скорости V_{н max}=8,1 м/с берется по заданию. Промежуточная транспортная скорость V_н определяется из соотношения между высшей транспортной и высшей основной скоростями:



м/с.

Окончательно ряд скоростей корректируется при кинематическом расчете трансмиссии трактора.

1.4 Номинальная мощность двигателя, устанавливаемого на тракторе

Подсчет номинальной мощности двигателя N_н производится по формуле:

кВт,

где: _тр - КПД трансмиссии на 1-ой основной передаче;

_дmin - коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя. Коэффициент _дmin принимаетсяравным 0,85...0,9.

При определении КПД трансмиссии нужно учитывать потери, возникающие при передаче нагрузки, и потери холостого хода. В соответствии с этим:

,

где - КПД, учитывающий потери холостого хода;=0,95…0,97; _ц и

_к - соответственно КПД цилиндрической и конической пар шестерен; _ц=0,98...0,99, _к=0,97...0,98; n_ц и n_к - число соответствующих пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче.



1.5 Тяговая характеристика трактора

На тяговой характеристике наносится ряд кривых, показывающих, как в заданных почвенных условиях меняются в зависимости от тягового усилия P_кр на крюке основные показатели трактора - буксование ведущих колес, действительные скорости V движения, мощность N_кр.на крюке, удельный (крюковой) расход топлива g_кр и тяговый КПД _тяг, т.е.:

=f(P_кр), V=f(P_кр), N_кр=f(P_кр), g_кр=f(P_кр), _тяг=f(P_кр).

1.5.1 Определение передаточных чисел трансмиссии трактора и уточнение его расчетных скоростей движения

Передаточное число трансмиссии трактора:

i_тр=i₀i_к,

где: i₀ - передаточное число главной и конечной передачи, выбираем из ряда (15…25) (принимаем i₀=20).

Передаточные числа коробки передач на соответствующей передаче (i_к1, i_к2 и т.д.), необходимые для получения основных расчетных скоростей движения (V_н1, V_н2 и т.д.), выбранных по предыдущему расчету, определяются из условия:

,

где: n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1 (значение n_н=2300 мин^-1 указаны в задании по теме);

r_к - радиус ведущих звёздочек трактора, м (принимаем по прототипу r_зв=0,356 м).

На первой передаче

;

на второй передаче

;

на третьей передаче

;

на четвертой передаче

;

на пятой передаче

на шестой передаче

на транспортных передачах

;

Далее разрабатываем принципиальную кинематическую схему трансмиссии, в таблице указываем, какие шестерни находятся в зацеплении на каждой из расчетных передач и подбираем для них числа зубьев в соответствии с требуемыми передаточными числами (лист 1 графической части).

Для построения теоретической тяговой характеристики трактора необходимо построить теоретические регуляторные характеристики тракторного двигателя.



1.5.2 Построение теоретических характеристик двигателей

По результатам одних и тех же расчетов (испытаний) регуляторная характеристика дизеля может быть представлена в виде различных графиков:

(M_к, N_e, G_Т, g_e) = f(n) - регуляторная характеристика дизеля в функции от частоты вращения (ее также называют скоростной характеристикой дизеля на регуляторе);

(n, N_e, G_Т, g_e) = f( M_к ) - регуляторная характеристика дизеля в функции от крутящего момента.

Основная регуляторная характеристика дизеля f(N_e) используется для анализа работы дизеля на регуляторе (регуляторные ветви здесь растянуты), для определения эксплуатационной топливной экономичности двигателя - эксплуатационного оценочного удельного расхода топлива и т.д.

Регуляторная характеристика дизеля в функции от частоты вращения f(n) является важнейшей характеристикой. Регуляторная характеристика дизеля в функции от крутящего момента f( M_к) представляет особый интерес при построении тяговых характеристик тракторов (тягачей).

Построение теоретических регуляторных характеристик начинается с построения регуляторной характеристики в функции от частоты вращения.

Регуляторная характеристика в функции от частоты вращения - скоростная характеристика дизеля на регуляторе (M_к, N_e, G_Т, g_e) = f(n) строится в такой последовательности.

1. Выбираются масштабы для построения графика. Масштаб по оси абцисс графика (масштаб частоты вращения) выбирают ориентируясь на значения n_н, n_{х max} и n_{Mк max} Значение номинальной частоты вращения n_н известно, а максимальная частота вращения холостого хода n_{х max} определяется по формуле:

n_{х max} = (2+_р ) n_н / (2 - _р ) (1+_р ) n_н=(1+0,07)2300=2460 мин ^-1,



где _р - степень неравномерности регулятора (у современных дизелей _р=0,03…0,09).

Частота вращения при максимальном крутящем моменте

n_{Mк max} = n_н / K_об =2300/1,4=1643 мин -^1,

где K_об - коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения; у современных двигателей K_об = 1,25…1,8.

Ориентируясь на рекомендуемое расположение кривых [1], а также на номинальные значения M_{к н}, N_{e н}, G_{Т н} и g_{e н} выбираются остальные масштабы, при этом значение крутящего момента на номинальном режиме определяется по формуле:

M_{к н} = 9550N_{e н} / n_н =955053,1/2300=220,4 Нм

На оси абсцисс отмечаются три характерные точки, соответствующие n_н, n_{х max} и n_{Mд max}, через которые проводятся вертикальные вспомогательные линии.

3. Для построения зависимости G_Т = f(n) определяются значения G_Т на характерных режимах. На номинальном режиме ( n_н )

G_{Т н} = g_{e н} N_{e н} / 10 ³ =21053,1/1000=11,1 кг/ч

Полученные значения заносятся в табл. 3, в выбранном масштабе откладываются на графике и условно соединяются прямыми линиями. В табл. 3 также заносятся значения G_Т, соответствующие n₁, n₂ и n₃ и т.д., которые определяются непосредственно по построенному графику. Значения удельного расхода топлива g_e для этих скоростных режимов определяются по формуле



g_e = G_Т 10³ / N_e г / (кВтч)

и также заносятся в табл. 3. По этим данным на графике строится корректорная ветвь зависимости g_e = f(n).

На регуляторном участке в диапазоне частот от n_н до n_{х max} кривая g_e=f(n) начинается с g_{e н} и по мере уменьшения нагрузки асимптотически стремится к бесконечности. На регуляторной характеристике в функции от частоты вращения ее можно построить приближенно, рассчитав 1-2 промежуточные точки по формуле, взяв исходные данные непосредственно из графика.

Построение регуляторной характеристики в функции от крутящего момента

Регуляторная характеристика в функции от крутящего момента строится при тяговом расчете трактора.

На графике в принятом масштабе строятся зависимости (n, N_e, G_Т, g_e) = f(M_к). Данные для построения соответствующих зависимостей берутся из табл.3. Характерными точками характеристики являются: M_к=0 (холостой ход), M_{к н} и M_{к max}.

Регуляторная ветвь g_e=f(n) строится анологично ее построению на графике регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности.

1.5.2 Построение нижней вспомогательной части тяговой характеристики

В нижней вспомогательной части тяговой характеристики строится регуляторная характеристика двигателя рассматриваемого трактора, необходимая для дальнейших расчетов его основных показателей. Регуляторная характеристика строится в функции от крутящих моментов, развиваемых двигателем, и одновременно в функции от касательных сил тяги, развиваемых трактором. Оба указанных аргумента, откладываемые на оси абсцисс характеристики, связываются между собой переходными масштабами.

Построение переходных масштабов, связывающих крутящие моменты двигателя с касательными силами тяги трактора

Необходимые масштабы выбираются из следующего соотношения между моментом M_к двигателя и касательной силой тяги P_к трактора:

где: A=- переводной коэффициент масштаба моментов M_к в Н^.м в масштаб сил P_к в Н.

Для каждой передачи он имеет свое значение, зависящее от величины передаточного числа и КПД трансмиссии на данной передаче. С некоторым приближением можно принимать КПД трансмиссии на каждой данной передаче постоянным независимо от степени загрузки трактора и подсчитывать его по формуле.

;;; .

Строятся они следующим образом. Определяем касательные силы тяги, соответствующие крутящим моментам M_н и M_кmax на разных передачах, для чего умножаем указанные моменты на соответствующие значения переводных коэффициентов А.

Значения P_к попарно для каждой передачи в отдельности находим на оси абсцисс, и соответствующие им точки последовательно сносим вниз, располагая их там на разных уровнях. Через каждую пару снесенных точек проводим горизонтали и продолжаем их до оси ординат. Полученные отрезки являются масштабными шкалами крутящих моментов двигателя. У каждой шкалы отмечаем номер передачи, к которой она относится. Затем каждую шкалу делим на части и ставим около делений численные значения крутящего момента, соответствующие масштабу данной шкалы. Значения M_н и M_кmax были отмечены на каждой шкале при построении.

Значения усилия на крюке P_кр трактора берут начало в точке О верхней части тяговой характеристики и смещены вправо от точки О нижней части тяговой характеристики на величину сопротивления качению P_f=fgm_min=0,08•9,81•4840=3798 Н на заданном почвенном фоне. При этом касательная сила тяги P_к на шкале абсцисс будет равна сумме P_f+P_кр, т.е. P_к=P_f+P_кр, Н.

Построение кривых регуляторной характеристики двигателя

Кривые строятся для каждой передачи по своей масштабной шкале, поэтому каждый параметр изображается пучком кривых, число которых равно числу передач. Всего строится три пучка кривых, показывающих, как меняется при работе на той или иной передаче в зависимости от величины касательной силы тяги трактора частота вращения n_д двигателя, его эффективная мощность N_e и часовой расход топлива G_Т.

Центр пучка кривых N_e находится в начале координат O; вершины кривых лежат на горизонтали, ордината которой представляет в принятом масштабе номинальную, эффективную мощность двигателя N_н. Центр пучка кривых расположен на оси ординат в точке, соответствующей частоте вращения n_x холостого хода двигателя, а переходные точки, соединяющие отдельные участки кривых, лежат на горизонтали, проходящей через точку оси ординат, изображающую номинальную частоту вращения n_н двигателя. Кривые G_Т берут начало на оси ординат в точке, соответствующей часовому расходу топлива G_Тх при холостом ходе двигателя; ордината горизонтальной прямой, проходящей через их вершины, представляет в принятом масштабе максимальный часовой расход топлива G_Тmaх.

Отрезки кривых, соответствующие регуляторному участку характеристики двигателя, имеют линейный характер. Все кривые должны заканчиваться при максимальных значениях крутящего момента M_кmax.

1.5.3 Построение верхней части тяговой характеристики трактора

Построение кривой буксования ведущих колес

Для ориентировочных расчетов величины буксования ведущих колес используем вспомогательный график, приведенные на рис. 1. На графике нанесены опытные кривые буксования на разных почвенных фонах, построенные в функции от отношения где: - сцепной вес трактора, Н.

G_сц=G =9,81=48409,81=47480 Н;

Максимальная сила тяги трактора:

Н

Определяем отношение /G_{сц и заносим в табл.4.}

Зная отношения P_кр/G_сц, определяем соответствующие им значения величины буксования по рис.1 кривая 2, выбранной на вспомогательном графике, применительно к строящейся тяговой характеристике. Данные о величине д заносим в табл.4.

По расчетным данным строится кривая д = f (P_кр).

Правильность построения кривой буксования проверяем способом, предложенным проф. Б.Я.Гинцбургом. Известно, что величина буксования растет с увеличением силы тяги на крюке P_кр и уменьшается с ростом сцепного веса G_сц. Свойства почвы также влияют на величину буксования. Таким образом, буксование трактора зависит от отношения

где: _cц - коэффициент сцепления движителей с почвой.

Указанное отношение названо параметром относительной силы тяги и обозначается p.

Принимаем значения и сцепной вес из табл.4, выбираем для заданной почвы (стерня колосовых) коэффициент сцепления = 0,8 (табл.2 приложений) [ 1 ], находим величины р для принятых :

р = 0,584 / 0,8 = 0,73

р = 0,528 / 0,8 = 0,66

р = 0,424 / 0,8 = 0,53

р = 0,312 / 0,8 = 0,39

р = 0,208 / 0,8 = 0,26

р = 0,144 / 0,8 = 0,18

р = 0,088 / 0,8 = 0,11

р = 0,024 / 0,8 = 0,03

р = 0 / 0,8 = 0.

Используя данные табл.5, найдем для подсчитанных значений р соответствующие им величины буксования , сравниваем эти значения со значениями подсчитанными ранее и занесёнными в табл.4, а затем строим график =(P_кр).

Построение остальных кривых тяговой характеристики

В отличие от кривой буксования все остальные кривые тяговой характеристики строятся отдельно по 5…6 точкам для каждой кривой на каждой передаче.

Необходимые для их построения данные подсчитываются по следующим формулам:

- действительные скорости трактора

м/c

для Р_кр=23548,8 Н на I передаче

м/с;

для Р_кр=21292,5 Н на II передаче

м/с;

- тяговые мощности на крюке

кВт;

для Р_кр=23548,8 Н на I передаче

кВт;

для Р_кр=21292,5 Н на II передаче

кВт;

- удельные расходы топлива

г/кВт ч;

для Р_кр=23548,8 Н на I передаче

г/кВт ч;

для Р_кр=21292,5 Н на II передаче

г/кВт ч.

Определение входящих в эти формулы величин производится следующим образом: берем на оси абсцисс ряд точек, изображающих различные тяговые усилия P_кр, и проводим через них вертикали до пересечения с кривой буксования в верхней части характеристики и с кривыми n_д и G_Т, соответствующими рассматриваемой передаче, в нижней части характеристики. Ординаты точек пересечения определяют искомые значения , n_д и G_Т.

Подсчитываем, чему равны V, N_кр и g_кр при принятых значениях P_кр на разных передачах. Полученные данные заносим в таблицу 6 и по ним строим соответствующие кривые.

Справа все перечисленные кривые должны заканчиваться в точках, относящихся к значениям M_кmax на соответствующих каждой из передач масштабных шкалах. В зонах от M_кmax до 0,75М_н рекомендуется вести расчеты не меньше чем для 6...8 значений P_кр, выбирая их таким образом, чтобы возможно точнее установить точки перегиба кривых N_кр (значения N_крmax) на каждой передаче. Участки кривых, расположенные левее указанных границ, строим по 3...5 значениям P_кр для каждой передачи.

Кривые g_кр заканчиваем слева, примерно в точках, соответствующих 0,4 N_крmax на относящихся к ним передачах.

Если КПД трансмиссии на всех передачах одинаков, то тяговый КПД при данной нагрузке на крюке не зависит от передачи, на которой работает трактор, и на тяговой характеристике должна наноситься одна кривая тягового КПД. При несоблюдении этого условия следовало бы строить кривые тягового КПД отдельно для каждой передачи. При выполнении курсовой работы ограничимся в таком случае построением кривой тягового КПД только на одной первой передаче.

Тяговый КПД трактора:



для Р_кр=23548,8 Н на I передаче

;

для Р_кр=21292,5 Н на II передаче

.

В этой формуле N_кр - рассматриваемая тяговая мощность трактора, а N_e - рассматриваемая при этом эффективная мощность двигателя. Величина N_e находится путем проектирования взятой точки N_кр на соответствующую данной передаче кривую эффективной мощности двигателя в нижней части графика.

Кривая тягового КПД строится для значений P_кр, охватывающих зону основных эксплуатационных нагрузок, соответствующих тяговому классу рассчитываемого трактора.

Для контроля над правильностью построения тяговой характеристики проверяем полученные значения тягового КПД по формуле:

для Р_кр=23548,8 Н на I передаче

;

для Р_кр=21292,5 Н на II передаче

После построения выполняем анализ тяговой характеристики трактора с объяснением характера изменения и указанием значений в наиболее характерных точках по каждому показателю.

1. По мере роста тягового усилия трактора крюковая мощность пропорционально увеличивается от 0 до =38,6 кН на первой передаче и =36,4 кН на шестой передаче. Эти значения отличаются от =20 кН, т.е. номинального тягового усилия для данного тягового класса трактора. Это усилие трактор должен развивать на стерне нормальной влажности и средней твердости 1…1,5МПа; при этом буксование движителей трактора не должно превышать 8%. Указывается тип трактора, полученная величина , почвенный фон и его характеристики.

При увеличении тягового усилия свыше 23,548 кН мощность на крюке уменьшается. В данном случае двигатель работает на перегрузочных режимах, частота вращения вала двигателя снижается, и скорость движения трактора резко уменьшается. И хотя усилие на крюке растет, но так как скорость движения уменьшается более интенсивно, произведение P_крV уменьшается, т.е. уменьшается мощность на крюке.

2. Буксование движителей по мере роста медленно увеличивается, достигает при номинальном тяговом усилии 3,8 % для данного класса трактора. Это не превышает нормируемое значение, равное 8% что говорит о удовлетворительных сцепных свойствах трактора. С ростом свыше номинального значения буксование быстро растет из-за ухудшения тягово-сцепных свойств трактора и при =27,779 кН достигает 7,8 %.

3. Часовой расход топлива G_Т по мере загрузки трактора увеличивается от … кг/ч на холостом ходу до 11,1 кг/ч при номинальной силе тяги на крюке. При дальнейшем увеличении расход топлива уменьшается до 10,1 кг/ч, т.к. уменьшается мощность на крюке до 31,1 кВт.

4. Удельный (крюковой) расход топлива g_кр по мере загрузки двигателя уменьшается от на холстом ходу до 288,6 г/кВтч при номинальной мощности =53,1 кВт. C дальнейшим увеличением усилия на крюке удельный расход топлива увеличивается до 324,3 г/кВтч из-за уменьшения мощности и перегрузочных режимов работы двигателя на корректорной ветви регуляторной характеристики. Минимальный удельный (крюковой) расход топлива g_кр составил 288,6 г/ кВтч, что соответствует (не совсем соответствует) аналогичному показателю, достигнутому на современных сельскохозяйственных тракторах.

Повышенный удельный расход топлива на холостом ходу и перегрузочном режиме работы двигателя объясняется неэкономичностью работы на данных режимах.

5. Тяговый КПД трактора по мере загрузки трактора увеличивается, достигает значения, равного 72,8% при номинальной силе тяги P_кр=23,548кН на крюке, некоторый промежуток ещё возрастает, а затем уменьшается.



2. Опорные свойства и проходимость трактора

Опорные свойства трактора в той или иной мере влияют на показатели тягово-сцепных (сцепной вес, коэффициенты сцепления с грунтом, сопротивления качению и буксования) и агротехнических свойств (степень уплотнения почвы, урожайность сельскохозяйственных культур), а также проходимость (давление на почву, глубина колеи). При этом большинство из перечисленных показателей при работе с навесными и прицепными машинами и орудиями зависит, прежде всего, от величины нормальных реакций почвы на гусеницы трактора.

2.1 Определение нормальных реакций почвы на гусеницы трактора, длины и ширины опорной поверхности гусениц

Нормальные реакции дороги на колеса трактора могут иметь разные значения в зависимости от внешних сил и моментов, действующих во время работы. Величина этих реакций определяет степень нагруженности гусениц и оказывает существенное влияние на тягово-сцепные и тормозные свойства, продольную устойчивость и управляемость, а также на нагруженность трансмиссии.

Рассмотрим возможный общий случай, когда трактор с прицепом движется ускоренно по горизонтальной поверхности (рис. 2).

Трактор с гусеничным ходом и радиусами ведущих звёздочек r_зв=0,356 м. При прямолинейном движении трактора на него действуют в продольной плоскости, следующие внешние силы и реакции.

1. Вес трактора = 47480 Н, приложен в центре тяжести трактора. Который зафиксирован на схеме двумя координатами: продольной =1,04 м - определяет расстояние от центра тяжести до прямой, проведенной через геометрическую ось ведущих звёздочек перпендикулярно поверхности пути и вертикальной = 0,94 м- расстояние от центра тяжести до опорной поверхности колес.

2. Тяговое сопротивление P_кр, приложенное в точке прицепа, находящейся на высоте h_кр= 0,5м от поверхности пути; в общем случае тяговое сопротивление направлено под углом =10? к этой поверхности.

Моментами, создаваемыми силами инерции колес и вращающимися деталями трансмиссии, сидящих на поперечных валах, а также сопротивлением воздуха пренебрегаем ввиду их относительно небольшого влияния на общую динамику трактора. Для удобства вычислений перенесем силу тягового сопротивления по направлению ее действия до пересечения с плоскостью, проходящей через ось ведущих колес нормально к поверхности пути.

Расчеты ведутся в такой последовательности. Прежде всего, исходя из минимальной массы трактора, определенной ранее, определяют среднее давление под опорной поверхностью гусениц из зависимости

где - длина опорной поверхности каждой гусеницы, м;

У большинства сельскохозяйственных тракторов среднее давление на почву находится в пределах МПа, принимаем МПа

В зависимости от модификации гусеничного трактора, указанной в задании, выбирается величина давления под опорной поверхностью .

Тогда площадь опорной поверхности гусениц



м

Выбрав значение ширины звена гусеницы из ряда: 0,2…0,5м - для сельскохозяйственных тракторов общего назначения(=0,3 м), определяем длину опорной поверхности гусениц:

м.

В действительности, однако, распределение давлений гусениц на почву чаще всего бывает неравномерным. На последнее обстоятельство прежде всего влияет положение центра давления гусеничного трактора (ЦДГТ), под которым понимается точка приложения результирующей нормальных реакций почвы, действующих на опорную поверхность. В общем случае центр давления не совпадает со срединой опорной длины гусениц. Продольное расстояние от указанной середины до центра давления назовем смещением центра давления (рис. 2).

Новую точку приложения тягового сопротивления назовем условной точкой прицепа. Высота ее над поверхностью пути :

,

= 0,5 + 0,8 · tg10? = 0,64 м

где - продольное расстояние от действительной точки прицепа до оси ведущих звёздочек.

Угол считаем положительным, т.к. линия тягового сопротивления наклонена вниз по направлению к опорной поверхности.

Из приведенного уравнения находим, что в рассматриваемом общем случае прямолинейного движения центр давления трактора смещается относительно середины опорной длины гусениц на величину:

.

При определении величены x_д мы пренебрегли членом x_пh_п ввиду малости плеча h_п.

Преобразуя полученное уравнение применительно к работе на горизонтальном участке с равномерной скоростью, получаем:

,

м.

Значительное смещение центра давления нежелательно: оно ухудшает сцепление гусениц с почвой и увеличивает сопротивление качению.

У сельскохозяйственных тракторов, для которых наиболее характерны работы с тяговой нагрузкой на крюке и с навесными машинами, размещаемыми сзади трактора, центр тяжести обычно располагают несколько впереди середины опорных поверхностей гусениц, на расстоянии a₀+(0,05…0,08)L_гус, тогда:

a₀+(0,05…0,08)L_гус =0,065·1,61=0,105 м

Распределение нормальных реакций почвы по длине опорной поверхности гусениц

Положение центра давления определяет точку приложения результирующей нормальных реакций почвы. Что касается распределения их по длине опорной поверхности гусениц, то оно, помимо положения центра давления, зависит еще в существенной степени от почвенных условий и от конструкции гусеничного движителя (в частности, от числа и расположения опорных катков).

Опытами установлено, что гусеницы передают давление на почву отдельными активно-опорными участками, группирующимися вокруг каждого опорного катка. В тех случаях, когда катки расставлены настолько часто, что почти каждое звено гусеницы, лежащее на земле, находится под их непосредственным воздействием, активно-опорной поверхностью является вся опорная поверхность гусеницы. По имеющимся экспериментальным данным, это достигается в том случае, если отношение шага катков, т.е. расстояние t_к между осями смежных катков, к шагу звена гусеницы l_зв находится в пределах t_к:l_зв 1,5…1,7. Такие соотношения обычно выдерживаются у тракторов сельскохозяйственного типа с полужесткой системой подвески остова и с большим шагом звена. В теории трактора допускается, что эпюра нормальных давлений на почву имеет в этих случаях линейный характер. Такое допущение является приближенным, так как в действительности максимальные давления концентрируются в зоне, расположенной вокруг центра давления, и величина их уменьшается по мере приближения к краям опорной поверхности.

Очевидно, что результирующая нормальная реакция почвы должна проходить через центр тяжести фигуры, изображающей эпюру. Поэтому если известна эпюра, то можно определить положение центра давления трактора, и, наоборот, по положению центра давления можно судить об эпюре.

Трапециевидной эпюре соответствует смещенное положение центра давления, причем величина смещения в зависимости от степени наклона эпюры может иметь разные значения, вплоть до максимального значения . Когда смещение центра давления достигнет указанной максимальной величины, эпюра превращается из трапеции в треугольник. Действительно, центр тяжести треугольника расположен на расстоянии 1/3 высоты от основания, т.е. на расстоянии

.

Назовем отношение коэффициентом смещения центра давления гусеничного трактора и будем обозначать его буквой _д.

Значение _д=1/6 можно считать предельно допустимой величиной коэффициента смещения центра давления, так как при превышении этой величины часть опорной поверхности гусениц перестает принимать участие в передаче давлений на почву.

Обозначим длину используемой опорной поверхности гусениц при _д1/6 через L_гус,в этом случае

,

м.

Наклон эпюр при неравномерном распределении нормальных реакций почвы по длине опорной поверхности гусениц возможен не только в направлении, показанном на рисунке 9, но и в обратном направлении, если центр давления смещен вперед от середины опорной поверхности гусениц.

Коэффициент смещения центра давления является основным показателем, характеризующим распределение нормальных давлений гусениц на поверхность пути; чем он меньше, тем при прочих одинаковых условиях равномерней эпюра нормальных давлений.

Если отношение шага опорных катков к шагу звена гусеницы превышает указанные выше пределы 1,5-1,7, то линейный закон распределения нормальных нагрузок на опорные поверхности гусениц становится неприемлемым. Это подтверждается экспериментальными эпюрами, приведенными на рисунке 10. Эпюры были получены при исследованиях сельскохозяйственного трактора типа Т-70С, у которого .

Полученные эпюры, несмотря на разные объекты испытаний и неодинаковые условия, и методику проведения опытов показывают, что при больших значениях отношения передача нормальных давлений осуществляется не всей опорной поверхностью гусениц, а отдельными участками, состоящими из звеньев, расположенных непосредственно под опорными катками, при некотором участии соседних звеньев. В зоне непосредственного воздействия опорных катков возникают отчетливо выраженные пиковые нагрузки. Длина активно-опорных участков зависит от размера шага звеньев и от почвенных условий. Например, на схеме … эпюра давлений на каждом активно-опорном участке представляет собой равнобедренный треугольник с основанием, состоящим из трех звеньев. Наиболее неблагоприятные значения отношения получаются у гусеничных движителей с упругой балансирной подвеской. Поэтому у движителей такого типа приближенной характеристикой распределения нормальных давлений могут служить значения нормальных реакций почвы на опорные катки.

Определим их величину у тракторов с двухопорной балансирной подвеской. Рассмотрим случай установившейся работы на горизонтальном участке с силой тяги на крюке.

Обозначим суммарную нормальную реакцию почвы на опорные катки задних балансирных кареток через Y₂, а на опорные катки передних балансирных кареток - через Y₁. Первая из них проходит через ось, на которой качаются задние каретки, а вторая - через ось O₂, на которой качаются задние каретки, а вторая - через ось O₁ качания передних кареток. Равнодействующая реакций Y₂ и Y₁ находится в центре давления трактора Д, положение которого определяется по ранее приведенной формуле.

Пренебрегая составляющей силы тяги на крюке P_крsin_кр можно считать, что сумма реакций Y₂ и Y₁ равна весу трактора G. Учитывая далее, что сумма моментов реакций Y₂ и Y₁ относительно центра давления трактора должна быть равна нулю, получаем следующие два уравнения равновесия:

;

,

трактор топливный двигатель движение

где L_к - продольная база балансирных кареток, L_к=0,710 м.

;.

Н, Н.

При составлении приведенных уравнений из веса трактора не был выделен вес участков гусениц, лежащих на земле и не влияющих на величину реакций Y₂ и Y₁. Кроме того, ввиду малости не был учтен момент X_пh_п, образуемый горизонтальной составляющей лобового сопротивления X_п.

Из формулы видно, что чем больше величина смещения центра давления, тем неравномернее распределяется весовые нагрузки между передними и задними опорными. При x_д=0,5L_к соответствующие каретки - передние или задние, в зависимости от направления смещения центра давления, - разгружаются полностью и все весовые нагрузки передаются только через одну пару кареток.



Литература

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Тракторы и автомобили» тема 3 «Тягово-сцепные и опорные свойства, проходимость и топливная экономичность трактора». - Мн.: БГАТУ2008 г.

Каталог советских тракторов - 79. - М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1980. - 178 с.

СТП БИМСХ 2.0.01 - 83. Проекты (работы) курсовые и дипломные. Общие требования к оформлению. - 64 с.

Размещено на Allbest.ru