Тепловой расчет двигателя

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Часть II.РАСЧЕТ ТРАКТОРА

1 Кинематическая  схема трансмиссии трактора

     Кинематическая  схема трансмиссии рассчитываемого  трактора  составляется на основании  анализа существующих трансмиссий тракторов с аналогичным типом движителя, двигателя и близкой по эксплуатационной массе кКоробка передач должна обеспечивать заданное число рабочих и транспортных передач, а также движение задним ходом.

     Составив  кинематическую схему трансмиссии  трактора, определяется ее коэффициент  полезного действия.   КПД  механической  трансмиссии       можно определить, учитывая потери при холостом ходе и потери, возникающие при передаче нагрузки:

       

где:  h -  КПД цилиндрической пары шестерён или пары шестерён     планетарной передачи;

    h - КПД конической пары шестерён;

    - число пар цилиндрических шестерён;

    - число пар конических шестерён;

    - коэффициент, определяющий какую часть номинального крутящего

         момента составляет момент холостого  хода;

   M_н - номинальный момент двигателя, Н×м;

   M_к- передаваемый крутящий момент двигателя, Н×м;

,                            

h =0,99

h =0,98

=0,04

=0,99³*0,98¹(1-0,04)=0,91 

2 Минимальная  сила тяги на крюке трактора

     Трактор должен быть рассчитан на выполнение всех работ, соответствующих его  тяговому классу, и некоторой части  работ относящихся к тяговой  зоне предыдущего класса. Перекрытие тяговых зон соседних классов  расширяет сферу применения тракторов  и зависит от минимальной силы тяги на крюке на высшей рабочей передаче . Эффективное и экономически оправданное значение минимальной силы тяги на высшей передаче определяется тяговым диапазоном трактора , который рассчитывается по формуле:

 

где:  Р_н - номинальная сила тяги рассчитываемого трактора, Н;  

       Р^/ _н - номинальная сила тяги предыдущего класса , Н;

     – коэффициент расширения тяговой зоны трактора. 

     Для тракторов до P_н=30 кН коэффициент расширения тяговой зоны принимается равным =1,3

=1,3*30000/20000=1,95

     С учетом изложенных требований минимальная  сила тяги на крюке трактора определяется по уравнению:

           

=30000/1,95=15384Н

Допустимые пределы  изменения тягового усилия на крюке  трактора ( ) позволяют подобрать к нему соответствующий набор сельскохозяйственных машин применительно к тем или иным зональным условиям. 
 

3 Масса трактора

     Номинальная сила тяги трактора характеризует верхний  предел рабочего тягового диапазона. При  расчетах ее можно принять в качестве максимальной тяги, обусловливающей  сцепную массу трактора, Тогда  максимальная эксплуатационная масса  трактора, выбранная из условия реализации номинальной силы тяги при допустимом буксовании движителей, может быть определена из выражения:

                                   

где:    - коэффициент использования сцепного веса трактора, при допустимом буксовании движителей;

   - коэффициент нагрузки движителя;

     f₁ - коэффициент сопротивления качению, учитывающий потери на                              деформацию почвы.

=30000/(0,6*1-0,1)=6000кг

     Массу трактора, рассчитанную выше, необходимо проверить по конструктивной (сухой) массе трактора-прототипа

,                               

где: m_min- минимальная эксплутационная масса трактора, кг;

       m_б   -   масса балласта, применяемого на ведущих колесах для

                        улучшения сцепных свойств трактора, кг.

     Минимальная эксплуатационная масса трактора равна  сумме конструктивной массы, массы  тракториста и заправочных емкостей:  

                             ,                              

где:  m– конструктивная масса трактора-прототипа, кг.

=6550*1,08=7074кг 

4 Скорости движения  трактора.

     Для наиболее выгодного использования  мощности двигателя на всех рабочих  передачах, скорости движении трактора, со ступенчатой коробкой передач, должны образовывать геометрическую прогрессию. Пренебрегая потерями на буксование, знаменатель геометрического ряда можно  определить по соотношению: ,                                               

где:    z   -  число основных передач;

      - диапазон номинальных основных скоростей трактора.

=³√1,65=1,18

     Величина  скоростного диапазона зависит  от тягового диапазона трактора и  приблизительно может быть определена по формуле:

  ,

  =1,95*0,85=1,65

где  = 0,85 - допускаемый минимальный коэффициент загрузки двигателя.

     По  знаменателю геометрической прогрессии и номинальной скорости трактора на первой передаче рассчитывают номинальные  скорости движения на других передачах:

,

  V_H1=6,5км/ч

V_H2=6,5*1,18=7,67км/ч

V_H3=6,5*1,18²=9,05км/ч

V_H4=6,5*1,18³=10,67км/ч 
 

5 Предварительный  кинематический расчет трансмиссии

     Предварительный кинематический расчет трансмиссии  заключается в определении передаточных чисел механизмов трансмиссии, обеспечивающих движение трактора с номинальными теоретическими скоростям на всех  передачах.                                      Общее передаточное число трактора на первой передаче определяется по формуле: ,                                      

=0,377*1950*0,35/6,5=39,5

   где: n_н - расчетная (номинальная) частота вращения коленчатого вала                     двигателя, об/мин;

   r_к - динамический радиус качения ведущих колес, м;

  V_Н1 - теоретическая скорость движения трактора на расчетном режиме, км/ч. 

     Для гусеничных тракторов, у которых  шаг (длина) звена гусеницы равен  шагу звездочки, радиус качения определяют по формуле: 

                               ,                                      

rде:  z_k - число активно действующих зубьев ведущего колеса; 

      z_3b - общее число зубьев ведущего колеса;

      l_3b - шаг гусеничного звена, м.

=13*0,17/2*3,14=0,35м

     Передаточные  числа трансмиссии на других рабочих  передачах рассчитывают по формулам:

,                                             

i_тр2=39,5/1,18=33,4

i_тр3=33,4/1,18=28,3

i_тр4=28,3/1,18=23,9

Передаточные  числа коробки передач  i_ki определяют по соотношениям:

    ,                    

 где:  - передаточное число механизмов с постоянным зацеплением шестерён;                             

        - передаточное число главной передачи;

        - передаточное число планетарного механизма поворота;

        - передаточное число конечной передачи.

i_к1=39,5/44,36=0,89

i_к2=33,4/39,74=0,84

i_к3=28,3/35,69=0,79

i_к4=23,9/32,14=0,74 
 

6 Расчет и  построение регуляторной характеристики  двигателя

     Для вновь проектируемого трактора регуляторная характеристика двигателя неизвестна. Ее построение по тепловому расчету  двигателя трудоемко и не всегда дает удовлетворительные результаты. Поэтому для вновь проектируемого двигателя регуляторную характеристику рассчитывают по эмпирическим зависимостям, полученным в результате обработки  статистических данных существующих двигателей.Исходными данными для расчета характеристики двигателя являются: номинальная мощность, номинальная частота вращения коленчатого вала и удельный расход топлива при номинальном режиме.Двигатель трактора должен обладать номинальной мощностью N_н, достаточной для создания заданной номинальной силы тяги, для прео- доления сил сопротивления качению и трения в его механизмах. Кроме того, должен быть некоторый запас мощности для компенсации снижения крутящего момента при длительной эксплуатации:

,                                

 где:   P_f - сила сопротивления качению трактора, Н; 

          x_э- коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя.

      Коэффициент эксплуатационной нагрузки  принимают  x_э=0,85.

=(30000+6000)*6,5/(3600*0,91*0,85)=234000/2784=84кВт

     Сила  сопротивления качению определяется по известному уравнению:

,                                     

где:  f - коэффициент сопротивления качению;

        g - ускорение свободного падения, м/с.²

=0.1*10*6000=6000Н

     Коэффициент сопротивления качению выбирают в соответствии с заданным фоном  поля.

     Номинальный крутящий момент двигателя определяем по формуле:   ,    

=9550*84/1950=411Н*м                         

     Максимальный  крутящий момент двигателя:

,                                       

где   k_м  -  коэффициент приспособляемости двигателя по крутящему

                 моменту.

=1,1*411=452Н*м

Для дизелей  с корректором можно принять  k_м = 1,1 ... 1,2.

Для расчета  регуляторной характеристики двигателя  необходимо принять

7 ... 8 значений  крутого момента. Три из этих  точек должны соответствовать  характерным точкам характеристики: максимальной частоте вращения  коленчатого вала n_x  (М_к = 0), номинальному крутящему моменту M_н и максимальному крутящему моменту М_kmax. Остальные точки следует взять в диапазоне M_н…M_kmax. В регуляторной зоне работы двигателя можно приближенно принять линейный характер изменения всех параметров, кроме удельного расхода топлива.М_к:416;422;428;434;440;445;451

Максимальная  частота вращения коленчатого вала на холостом ходу:

,                                    

где   - коэффициент неравномерности работы регулятора.

=(1+0,07)*1950=2086об/мин