новая папка 1 / 303961
.pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования
Якутская государственная сельскохозяйственная академия Октемский филиал
Кафедра механизации сельскохозяйственного производства
«Тракторы и автомобили»
Методические указания по выполнению курсовой работы для направления подготовки бакалавров
110800 «Агроинженерия» профиля «Технический сервис в АПК»
Октемцы, 2013г.
УДК
ББК
Составитель:
доцент кафедры механизации сельскохозяйственного производства ФГБОУ ВПО «Якутская ГСХА Октемского филиала Г.И. Борисов
Методические указания по выполнению курсовой работы для агроинженеров /Г.И. Борисов; Октемский филиал ФГОУ ВПО «Якутская ГСХА». – Октемцы,
2013.
Учебное пособие рекомендовано к изданию, рассмотрено и одобрено на заседании кафедры механизации сельскохозяйственного производства от 25 декабря 2012 года, протокол № 12 .
Рекомендовано к изданию УМС Октемского филиала ФГОУ ВПО «Якутская ГСХА» (протокол № 3 от 17 января 2013г).
Данное пособие систематизирует и обобщает теоретические сведения в соответствии с требованиями ГОС ВПО к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы дисциплины «Тракторы и автомобили». Пособие предназначено для студентов 2 курса сельскохозяйственного вуза.
© Г.И. Борисов, 2013
ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА.
1.1.Движущая сила трактора и ее пределы.
Движение машинно-тракторного агрегата сопровождается непрерывным воздействием на трактор движущей силы Рдв и сил сопротивления Рс . Воздействие указанных сил определяет характер движения (установившийся, неустановившийся), который описывается уравнением
ma dvdt Рдв Рс
где Pдв – внешняя сила, движущая агрегат, кН; Рс – суммарная сила сопротивления движению агрегата, кН; ma – приведенная масса агрегата, кг; +dv|dt – ускорение при неустановившемся движении агрегата, м/с2 .
Знак «+» означает, как движется агрегат: «+» - с ускорением, « - » - с замедлением.
Эксплуатационные расчеты обычно выполняются для установившегося движения, для которого принята постоянной средняя скорость и, следовательно, dv|dt=0. В этом случае уравнение (1.6) используется в виде
Рдв = Рс
Предельное значение движущей силы Рдв определяется из соотношения касательной силы тяги Ркн и максимальной силы сцепления Fcн, которые зависят от мощности двигателя и условий движения.
При достаточном сцеплении движителей с почвой (Ркн Fсн) пределом движущей силы является номинальная касательная сила тяги трактора ,т.е.
Рдв = Ркн.
Номинальная касательная сила тяги Ркн , кН подсчитывается по формуле:
|
|
0,159 |
|
|
|
|
|
Ркн |
|
|
N ен |
it мг |
(1) |
||
r к |
nн |
||||||
|
|
|
|||||
где Nен – номинальная, эффективная мощность двигателя, кВт; iт – передаточное отношение трансмиссии от коленчатого вала двигателя к оси ведущих колес трактора, мг – механический кпд трансмиссии трактора; гк – радиус качения движителей , м; nн - частота вращения коленчатого вала двигателя при нормальном скоростном режиме, с-1.
Все необходимые расчеты Ркн значения исходных данных Nен, nн, iт принимают по техническим характеристикам тракторов из табл 1.3 и 1.4.
Механический к.п.д. трансмиссии мг определяется по следующим зависимостям:
Для колесных тракторов
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
мг |
|
цил |
|
кон |
|
|
|
||
Для гусеничных тракторов с механической коробкой перемены |
|||||||||
передач |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гус |
|
|
|
|
|
|
(3) |
|
мг |
цил |
|
кон |
|
г |
||||
для гусеничных тракторов с механической коробкой перемены передач и гидродинамическим трансформатором
|
гус |
|
|
|
|
|
|
(4) |
гд |
цил |
|
кон |
г |
|
гд |
где цил, кон – соответственно механические кпд одной пары цилиндрических и конических зубчатых колес трансмиссии трактора (табл. 1.6); , - соответственно число пар цилиндрических и конических зубчатых колес, находящихся в зацеплении (табл. 1.4 и 1.5);г – механический кпд гусеничной цепи (при расчетах принимается г = 0.95…0.97); гг – кпд гидротрансформатора.
Радиус качения rк для гусеничных тракторов равен радиусу начальной окружности rо ведущих зубчатых звездочек (табл 1.5).
Для колесных тракторов на пневматических шинах радиус качения подсчитывается по формуле
rк r0 kш hш |
(5) |
где rо – радиус посадочной окружности стального обода (табл 1.4);
hIII – высота поперечного профиля шины (табл 1.4); kIII – коэффицент усадки (деформации) шины (табл 1.7).
1.2.Тяговый баланс агрегата.
Соотношение между движущей силой и силами сопротивления при установившемся движении определяется из уравнения тягового баланса (без учета сопротивления воздуха):
Ркн Ркр Р f |
(6) |
|
Сила тяги |
трактора. Из уравнения тягового баланса () видно, что |
|
номинальная сила |
тяги трактора будет равна Ркр |
(кН): |
Ркр Ркн Р f |
(7) |
Сопротивление Рf (кН) качению трактора |
|
Р f G f t |
(8) |
где G – эксплуатационный вес трактора (табл 1.3,1.4),кН; fт – коэффициент сопротивления качению трактора (табл 1.8).
1.3.Скорость движения трактора.
Одной из важнейших энергетических характеристик МТА является рабочая скорость vр (м/с) , которую в общем случае можно подсчитать по уравнению:
v |
р |
v |
|
|
|
|
(9) |
t |
|
|
|||||
|
|||||||
|
1 |
|
100 |
|
|||
где vт – теоретическая (расчетная) скорость движения трактора, соотвествующая частоте вращения коленчатого вала двигателя nн; - буксование движителей трактора, % (принимается по тяговым характеристикам трактора табл.1.3…1.8); n – действительная частота вращения коленчатого вала двигателя (формула 3.29) с-1.
При расчетах следует учитывать, что буксование движителей трактора не должно превышать допустимого значения доп ( < доп ). По ГОСТ 7057 – 81 допустимое буксование для гусеничных тракторов
составляет - 7%, колесных – 15%. |
|
|||
Теоретическая скорость vт |
(м/с) движения трактора равна: |
|||
vt |
6, 28 nн rк |
|
(10) |
|
it |
||||
|
|
|||
где nн измеряется в с-1, rк – в м.
1.4.Мощностной баланс агрегата.
Мощность двигателя трактора или самоходной машины идет как совершение полезной работы, так и на преодоление внешних внутренних сил сопротивления перемещению МТА по рабочему участку. О распределении эффективной мощности Nе судят по балансу мощности при работе трактора или самоходной машины (установившийся режим):
Ne |
Nкp N f N Nтр |
(11) |
где, |
Nкр =Ркр vр – затраты мощности на тягу машины , |
агрегата , кВт ; |
- Nf = Рf vp |
– затраты мощности на качение трактора, кВт ; |
|
-N = Nк δ – потери мощности на буксование движителей, кВт.
-Nтр=Ne(1-ηтр)-мощность расходуемая на трение в трансмиссии, кВт.
-Nк=Ne ηтр – мощность на ведущих колесах, кВт.
В формулах размерность сил дана в кН, скорость – в м/с.
1.5.Тяговая характеристика трактора.
Эксплуатационными характеристиками трактора являются тяговая мощность Nкр, рабочая скорость vр , часовой Gт и удельный gт расходы топлива, буксование движителей . Изменение эксплуатационных характеристик по передачам трактора в зависимости загрузки его силой тяги Ркр при установившемся режиме работы на горизонтальном участке представляется тяговой характеристикой. Тяговые характеристики строятся по экспериментальным данным полевых испытаний тракторов на следующих основных фонах (ГОСТ 7057 – 81):
а) асфальтобетонном (для колесных) или глинистом (для гусеничных) треке;
б) стерне колосовых культур; в) поле, подготовленном под посев.
Тяговые характеристики тракторов представляют в виде таблиц или в графической форме.
Тяговая характеристика отражает следующие основные режимы работы трактора:
1/.Движение без нагрузки на крюке, что соответствует Ркр = 0;
2/.Номинальный режим под нагрузкой, что соответствует Ркн и Nкрмах; 3/.Движение с максимально допустимой по условиям загрузки или
сцепления тяговой нагрузкой Ркрмах.
Показатели, характеризующие тяговые возможности и режимы работы трактора, связаны между собой следующими соотношениями:
Nкр = Ркр vp |
|
|||||
Где Ркр |
|
измеряется в кН ; |
vp - в м/с, Nкр – в кВт. |
|||
g |
|
|
1000 Gt |
|
(12) |
|
t |
N кр |
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
где Gтн – номинальный часовой расход топлива измеряется в кг/ч, (табл. 1.1.), Nкр – в кВт, gт – в г/кВт ч.
1.6.К.П.Д. трактора.
Условия и степень использования мощности трактора характеризует его тяговый к.п.д.:
|
|
|
|
|
N кр |
|
|
|
|
(13) |
||||||
|
|
тр |
|
|
N e |
мг f |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Где мг – механический кпд трансмиссии (формулы 1.9…1.11); |
||||||||||||||||
f |
|
|
Ркр |
|
|
|
Ркр |
|
|
|
|
- кпд учитывающий потери на перека- |
||||
|
Ркр G f t |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
Ркн |
|
|
i |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тывание трактора; |
|||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
– кпд учитывающий потери мощности на буксование; - |
||||||||
|
|
100 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
буксование движителей , %. |
|
|
|
|||||||||||||
Результаты расчетов произведенных в разделах . для номинального
режима работы двигателя, заносятся |
в таблицу 1.1. |
|
|||
|
|
|
|
|
Таблица 1.1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Передачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
G кН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nе кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
νр км/ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nкр кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
gт г/кВт·ч
ηтяг
РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРИТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА.
Определив основные параметры, можно приступать к расчету и построению теоретической тяговой характеристики трактора, с помощью которой можно получить наглядное представление о тяговых и топливноэкономических показателях на различных режимах его работы.
Тяговая характеристика - это графическое изображение зависимости основных показателей трактора от нагрузки на крюке, на разных передачах для определенного почвенного фона (стерня, залежь и т. д.):
Nкр,V,G T, gкр,,6,г =f(Ркр).
Существуют разные способы построения теоретической тяговой характеристики (1,5,7,8,9). В данном случае рассмотрен аналитический способ построения тяговой характеристики трактора с использованием графика регуляторной характеристики двигателя .
Теоретическая тяговая характеристика состоит из двух частей -верхней и нижней. В верхней части расположена непосредственно тяговая характеристика трактора;
Аналитический расчет и графическое построение теоретической тяговой характеристики производится в следующей последовательности: на листе миллиметровой бумаги (формат А3) наносят оси координат с началом координат в точке 0. По оси абсцисс от начала координат размещают шкалу силы тяги на крюке ( Ркр ) в выбранном масштабе - это будет верхняя шкала оси абсцисс а после -построить график буксования трактора δ =f(Ркр) и других без графика буксования невозможен).
Затем по оси абсцисс влево от точки 0 откладывают отрезок, равный силе Р, = /-С,в том же масштабе, что и сила Ркр. Получают новую точку 0- это начало координат для нижней вспомогательной части графика: по нижней шкале на оси абсцисс от точки 0 будут откладываться значения касательной оси тяги рк = р/
+ркр, т.е. одна и та же очка на оси абсцисс будет по верхней шкале - Ркр, а по нижней - Рк.
Для расчета и построения тяговой характеристики необходимо подготовить
таблицу 1.2. по |
форме. Обороты двигателей n |
берутся |
из регуляторных |
характеристик |
двигателей. В 3-й точке |
должен |
соответствовать |
номинальный оборот двигателя с последующим увеличением соответственно.
Таблица 1.2. Необходимые параметры для построения диаграмм.
Передача |
Точка |
nq об/мин |
Ркн кН |
Ркр кН |
νр км/ч |
Ne кВт |
Nкр кВт |
g г/кВт·ч |
ηтяг |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
nном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
nном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
nном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для сокращения объема работ расчет и построение тяговой характеристики можно проводить только для трех передач, охватывающих тяговый диапазон трактора, как правило, через одну или две передачи, что зависит от общего их числа.
При расчете и построении каждой передачи число расчетных точек должно быть не менее 6-7, чтобы получить более правильные очертания кривых на тяговой характеристике трактора.
Построение нижней части характеристики. (первые четыре столбца; строки
4-7) заносит данные регулярной характеристики
Построение нижней части характеристики. В таблицу (первые четыре столбца; строки 4-7) заносит данные регулярной характеристики
При Рк > о(Мк > о) на участке регулярной ветви пучки одноименных кривых расходятся прямыми линиями до точек перегиба (вершин) всех показателей регуляторной характеристики двигателя, которые находятся на горизонтальных прямых соответствующих, НеижА-вж.Пн,- А по вертикали это соответствует номинальному значению Ркн {Ркрм), то есть номинальному моменту двигателя м„ на разных передачах.
Кривые, расположенные в не регуляторной зоне, в пределах от м„ до мктах строятся по расчетным точкам регуляторной характеристики двигателя
Все кривые Nкр,V,gкр,,6,заканчиваются при Ркрх, т.е. при мктлх соответствующих передачах.