Курсовая работа: Основы теории трактора и автомобиля

В таблицу 7 по результатам динамического расчета, вносим и значения Мкр, соответствующих точке наибольшего давления для каждого цилиндра. В результате должна получиться диаграмма, в которой МКР будет изменяться периодически с периодом равным:

, (97)

где i - число цилиндров. (Верно для i >= 4).

Определяем величину среднего крутящего момента. Для этого графически строим зависимость Мкр = f(j) лишь для одного периода Q с достаточно крупным масштабом mм .

Для V-образных двигателей получение диаграммы суммарного крутящего момента производим в следующем порядке. Вначале суммируем с учетом сдвига фаз по порядку работы двигателя моменты первого ряда. Сдвиг фаз выполняется на угол:

 , (98)

где i р - количество цилиндров одного ряда.

Например, для 6-цилиндрового V-образного двигателя с порядком работы 1-4-2-5-3-6 складывают моменты 1, 2 и 3 цилиндров, где момент 2-го цилиндра сдвинут относительно 1-го на 240 , а момент 3-го на 480 относительно 1-го. Получаем диаграмму суммарного момента 1-го ряда. Диаграмма второго ряда будет отличаться лишь сдвигом по фазе на определенный угол (угол развала цилиндров, например 90°). Поэтому, чтобы получить диаграмму суммарного момента двигателя, необходимо диаграмму момента 1-го ряда суммировать с такой же диаграммой, но сдвинутой на угол развала. Сложение также рекомендуется проводить табличным методом. Для построения кривой суммарного момента результаты расчета рекомендуется представить в таблице следующей формы (таблица 8).

Таблица 8. Результаты расчета суммарного крутящего момента (для V-образного двигателя)

j, град	К р у т я щ и й м о м е н т , Нм
	1	2	.....	i	Mp1	Mp2	Mкр
0			.....
20			.....
40			.....
.....	.....	.....	.....	.....	.....	.....	.....
q = 720/i			.....

Величину среднего крутящего момента подсчитываем по формуле:

 ×(мм), (99)

где SF+ - суммарная площадь над осью абсцисс диаграммы, мм 2;

SF - - суммарная площадь под осью абсцисс диаграммы, мм 2;

l - длина диаграммы, соответствующая q , мм (рис. 5).

Допускается величину Мср. находить при одинаковых интервалах по j непосредственно по таблице 7 или 8 проссумировав Мкр в последней графе и разделив на число интервалов:

, (99а)

здесь n- число слогаемых

m=n-1 –количество интервалов

В том случае, если для какого то интервала приведена промежуточная точка в середине интервала, то для расчета Мср можно воспользоваться приведенной выше формулой, в числителе который под знаком суммы Мкр для промежуточной точки взять с коэффициентом 0,5, а значение Мкр по границам этого интервала с коэффициентом 0,75. При этом количество интервалов подставлять без учета промежуточных точек.

Откладываем на графике Мкр = f(j) прямую, для которой Мкр = Мср . Полученная величина представляет собой индикаторный крутящий момент, тогда эффективный крутящий момент:

Ме = Мср ηм, (100)

где ηм - механический КПД

Полученный результат можно сравнить с полученным ранее Ме и оценить ошибку. Определяем площадь Fизб - наибольшая за период q, превышающая Мср по графику. Соответствующая ей избыточная работа (Н × м):

Lизб = Fизб mм m j , (101)

где Fизб - избыточная площадь, мм2 ;

mм - масштаб крутящего момента, Нм/мм;

m j - масштаб угла поворота коленвала, рад/мм.

Избыточная работа представляет собой работу крутящего момента за время от w = wmin до w = wmax . Определяем момент инерции всех движущихся масс, приведенных к оси коленвала (кг м 2 или Нм с 2 ):

, (102)

где d - коэффициент неравномерности хода.

Допускаемые значения коэффициента неравномерности хода составляют, для тракторных двигателей d = 0,003...0,01; для автомобильных

d = 0,01...0,02. Чем больше цилиндров, тем меньше d. Угловая скорость wср = 2 p nе . Задаваясь коэффициентом неравномерности хода d и учитывая, что момент инерции маховика Jм = (0,8-0,9)Jo , определяют Jм . Как правило маховик выполнен в виде диска или диска с массивным ободом и средний диаметр проходит через центр тяжести половины поперечного сечения обода маховика.

, (103)

где m м - масса маховика, кг;

Dср - средний диаметр, м.

Если маховик выполнен в виде диска, то  ( Dм-наружный диаметр маховика Задаваясь значением Dср = (2...3)S находим массу маховика. Здесь S - ход поршня. Рассчитанный маховик необходимо проверить на условия прочности по окружной скорости (м/с) на внешнем ободе маховика:

Vм =pDм n , (104)

где n - максимальная частота вращения коленвала, с -1 .

Допустимые значения окружной скорости маховиков:

для чугунных - Vм <= 70 м/с ;

для стальных - Vм <= 100 м/с;

для стальных штампованных - Vм <= 110 м/с.

4. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ И ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЭВМ

4.1 ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА НА ПЭВМ

По результатам тягового расчета трактора и теплового расчета двигателя готовятся исходные данные для расчета на ПЭВМ регуляторной характеристики двигателя и тяговой характеристики трактора и сводятся в таблицу 9.

Таблица 9. Исходные данные для расчета на ПЭВМ.

	Наименование	Обозначение	Единицы измерения	Величина
1	Номинальная мощность двигателя	Nен	кВт	17,1
2	Номинальная частота вращения	nен	об/мин	29
3	Номинальный удельный расход	gен	г/кВт ч	250
4	Мощность снимаемая с ВОМ	NВОМ	кВт	4
5	КПД трансмиссии	hтр
6	КПД привода ВОМ	hвом
7	Радиус ведущего колеса	rk	м	0,6
8	Количество передач	z		7
9	Передаточные числа трансмиссии	iтр		72
10	Масса трактора	mэ	т	1,492
11	Коэффициент сцепления	jсц		0,8
12	Коэффициент качения	f		0,06
13	Коэффициент сцепной массы	lк		0,77

4.2       РАСЧЕТ РЕГУЛЯТОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

Основой для расчета и построения тяговой характеристики трактора является регуляторная характеристика двигателя.

Регуляторная характеристика двигателя имеет две ветви:

регуляторную - при nе >= nен и скоростную или корректорную - при nе < nен.

На корректорной ветви характеристики значения эффективной мощности Nе и удельного эффективного расхода топлива gе рассчитывают в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя nе по формуле:

Nе = Nен (аx + bx2 - cx3) (105)

gе = gен (a1 - b1x + c1x2) , (106)

где a, b, c, a1, b1, c1 - опытные коэффициенты, усредненные значения которых в зависимости от типа двигателя можно принять по табл.10.

x =nе/nен - относительная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Таблица 10. Значение опытных коэффициентов.

Тип двигателя	а	b	c	a1	b1	c1
Дизели с нераздельной камерой сгорания	0,87	1,12	1	1,55	1,55	1
Дизели с предкамерой	0,6	1,4	1	1,2	1,2	1
Дизели с вихрекамерой	0,7	1,3	1	1,35	1,35	1
Карбюраторные	1	1	1	1,2	1,0	0,8

Остальные параметры двигателя определяются из следующих соотношений:

- крутящий момент двигателя

 ; (107)

- часовой расход топлива

 Gе = 103 gе Nе (108)

На регуляторной ветви принимается, что момент Mе и часовой расход изменяются линейно от номинальных значений до Mе = 0 и Gт = Gтхх при nе = nхх. Крутящий момент на валу двигателя определится:

, (109)

где р = 1.07...1.08 - коэффициент оборотов холостого хода.

Эффективная мощность

Nе = 2Mеnе10-3 . (110)

часовой расход топлива

, (111)

где т - коэффициент, учитывающий долю расхода топлива на холостом ходу от номинального режима т = 0.25...0.3.

удельный расход топлива

; (112)

4.3.РАСЧЕТ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА

При расчете тяговой характеристики трактора определяются для заданных значений  и f, величины теоретической и действительной скорости (Vт , Vд ), касательной силы тяги и крюкового усилия (Pк и Pкр ), крюковой или тяговой мощности Nкр, удельного крюкового расхода топлива gкр в функции оборотов дизеля на каждой передаче и значения тягового КПД при номинальной нагрузке дизеля.

Расчетные формулы имеют вид:

, м/с (113)

vд = vт (1 -),м/с , (114)

где - буксование.

При расчете буксования использовались формулы, полученные путем аппроксимации усредненных опытных кривых буксования для различных агрофонов.

Для колесных тракторов:

; при  (115) =  при (116)

Для гусеничных тракторов:

= 0.938y-3.203y2 +2.896y3 при y > 0.5;

= 0.06y при ,

где

Касательная сила тяги ,кН (117)

Сила сопротивления качению трактора

Pf = fgмэ, кН (118)

Крюковое усилие

Pкр = Pк - Pf, кН (119)

Крюковая мощность

Nкр = Pкр vд, кВт (120)

Удельный крюковой расход топлива

; г/кВт ч (121)

Тяговый КПД

; (122)

Программа расчета на ПЭВМ приведена в приложении 17.

4.4 ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАКТОРА

Определив основные технико-экономические параметры двигателя и трактора в целом приступают к построению теоретической тяговой характеристики, которая позволяет получить наглядное представление о тяговых и топливо экономических показателях трактора на различных режимах его работы. Теоретическая тяговая характеристика состоит из двух частей - нижней и верхней. Нижняя часть графика имеет вспомогательное значение и служит для нанесения основных исходных параметров тракторного двигателя. В верхней части графика наносится ряд кривых, показывающих, как в заданных почвенных условиях, при установившемся движении на горизонтальном участке, в зависимости от нагрузки на крюке трактора изменяются его основные эксплуатационные показатели: буксование ведущих органов, скорость движения, тяговая мощность, удельный расход топлива и тяговый КПД трактора.

Графическое построение теоретической тяговой характеристики трактора производится в такой последовательности.

Лист чертежной или миллиметровой бумаги размером 594х420 делится на две части: верхнюю и нижнюю (рис.6). Затем посередине листа проводится ось абсцисс и от начала координат О' в принятом масштабе откладывается для каждой передачи максимальная касательная сила тяги, подсчитанная по формуле:

 (123)

и номинальная  (124)

где Mе max - максимальный крутящий момент двигателя, кНм;

Mе н - крутящий момент двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала;

iтрi - передаточное число трансмиссии на i-ой передаче;

тр - КПД трансмиссии;

Аi - коэффициент пропорциональности для i-ой передачи.

С учетом того , что касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя, по оси абсцисс от точки О' для каждой заданной передачи в принятом масштабе наносятся крутящие моменты двигателя Mе max и Mе н соответственно касательным силам тяги Pк max и Pк н . Вправо по оси абсцисс от точки О' до точки О откладывается величина силы сопротивления качению Pf. Полученная точка О будет являться началом координат непосредственно тяговой характеристики трактора. По оси абсцисс в масштабе касательной силы от точки О отсчитывается сила тяги на крюке трактора, определяемая по формуле

Pкр = Pк - Pf , а по оси ординат вверх для каждой передачи откладываются в своих масштабах тяговые показатели трактора в функции от усилия на крюке (буксование движителей, скорость движения, тяговая мощность на крюке, удельный расход топлива и тяговый КПД ).

Затем по оси ординат вниз наносятся масштабные шкалы эффективной мощности, часового расхода топлива и частоты вращения коленчатого вала двигателя с таким расчетом, чтобы графики в регуляторной зоне не пересекались. Далее с учетом того, что для каждой передачи будет свой масштаб , по оси крутящего момента строится регуляторная характеристика двигателя в функции Ме. При этом образуются пучки кривых Ne с общим центром в точке О`, кривые Gт с общим центром в точке Gтх и пучок кривых nе с общим центром в точке nех - соответствующие холостому ходу двигателя. Точки перегиба (вершины) кривых всех показателей регуляторной характеристики двигателя должны находиться на горизонтальной прямой и по вертикали соответствовать номинальным моментам двигателя. Нанесенные кривые на график регуляторной характеристики для каждой передачи должны заканчиваться при максимальных значениях крутящего момента.

При передаче части эффективной мощности двигателя через ВОМ пучки кривых Nе имеют общий центр в точке Nевом , пучки кривых Gт имеют общий центр в точке G'тх и пучки кривых nе - в точке n'е. Здесь Nевом, n'е и G'тх - мощность, частота вращения и часовой расход топлива соответствующие на регуляторной характеристике значению крутящего момента двигателя, передающего через ВОМ

 ,

Их значение удобнее всего определить по регуляторной характеристике как функции крутящего момента :

.

При построении регуляторных характеристик по результатам расчета на ПЭВМ, учитывая линейную связь крутящего момента двигателя, Рк и Ркр , удобнее откладывать значения параметров двигателя ( Ne, Gт, ne ) как функцию Ркр на соответствующей передаче, а на полученных графиках провести оси Ме ( по числу передач ) отметив на них лишь значения Ме max и Ме н.

4.5 АНАЛИЗ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАКТОРА И ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАКТОРА

В этом разделе, который, является заключительным по первой части курсовой работы, следует привести основные расчетные параметры трактора: эксплуатационную массу, мощность двигателя, часовой и удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме, диапазон тяговых усилий и скоростей на различных передачах и сравнить их с параметрами трактора – прототипа.

Отметить на сколько соответствуют заданию полученные показания. Привести в виде таблиц и, рекомендуемая форма которой приведена ниже, основные показатели тяговой характеристики трактора для заданных агрофонов.

Таблица 11. Основные показатели тяговой характеристики трактора агрофон

Параметр	Режим работы	Значения на передачах
		1	2	3	......	Z
Nкр ,кВт Ркр , кН Vd, м/с d, % hт, % gкр, г/кВт*ч	При номинальной загрузке ДВС.
Nкр ,кВт Ркр , кН Vd, м/с d, % hт, % gкр,г/кВтч	Ме мах
hз
hмах

.

При анализе тяговой характеристики необходимо:

-           назвать передачи, на которых достигается максимальная крюковая мощность и тяговый КПД;

-           для каждой передачи указать диапазон тягового усилия, в которых реализуется наибольшая тяговая мощность;

-           отметить, как отразилась изменение агрофона на основных показателях тяговой характеристики трактора и назвать причины влияния вл агрофона на показатели тяговой характеристики.