Трактора и автомобили

 

5.1 Передаточные числа трансмиссии основного ряда передач

 

Их необходимо рассчитывать так, чтобы трактор  развивал тяговые усилия от минимального Р_мин на высшей передаче до номинального Р_н на первой передаче с некоторым запасом силы тяги. Передаточное число трансмиссии на первой передаче i_тр.1 определяется по формуле:

 

i_тр.1 = (Р_н+ P_f) · r_к/(k₁·М_н·h_тр·h_ву); (26)

 

где k₁ – коэффициент загрузки двигателя при номинальном тяговом усилии трактора Р_н, k₁ =0,95…1,00;

r_к - расчетный радиус ведущего колеса;

М_н - номинальный крутящий момент двигателя:

 

М_н = 9,55N_н/n_н, кНм, (26)

М_н = 9,55·100/1780=0,5365 кНм;

 

Расчетный радиус ведущего колеса гусеничного  трактора (радиус начальной окружности звездочки) определяется по формуле:

 

r_к = l_звz_к/(2p), (27)

 

где l_зв - шаг звена гусеницы;

z_к - число активно действующих зубьев ведущих колес (звездочек) гусеничного движителя.

 

Радиус ведущей звездочки принимаем  по трактору -прототипу.

 

r_к=0,355 м (прил. 3)

i_тр.1 = (30+ 6,7) · 0,355/(0,97·0,5365·0,88·0,97)=29,329.

 

Передаточные числа трансмиссии  остальных передач определяют в  зависимости от принятого варианта построения ряда передач. Если при переходе с одной передачи на другую предусматривается  одинаковая степень загрузки двигателя, то значения передаточных чисел будут  представлять собой геометрический ряд. Для получения одинаковых интервалов между номинальными значениями тяговых усилий на смежных передачах применяют арифметический ряд. Если нужны одинаковые интервалы между скоростями движения, то выбирают гармонический ряд.

Наиболее  часто используется геометрический ряд передач. Тогда знаменатель ряда:

q = {(Р_н+ P_f)/[k₁(Р_мин+ P_f)]}^1/z, (28)

 

где z - число основных, рабочих передач трактора.

 

q = {(30+ 6,7)/[0,97· (15,75+ 6,7)]}^1/4=1,139,

 

Значения  передаточных чисел трансмиссии  на других передачах определяют по формуле:

 

i_тр.j = i_тр.1/q^j-1, (28)

 

где j - номер рабочей передачи, j = 1, 2, …, z.

 

i_тр.2 = 29,329/1,139^2-1=25,750,

i_тр.3 = 29,329/1,139^3-1=22,607,

i_тр.4 = 29,329/1,139^4-1=19,848,

 

5.2 Передаточные числа трансмиссии  для транспортных передач

 

Передаточные  числа трансмиссии на транспортных передачах определяют исходя из необходимости  выполнения работ в интервале  скоростей движения от номинальной  на высшей рабочей передаче V_нz до номинальной на высшей транспортной - максимальной транспортной скорости движения V_нм. Поэтому передаточное число трансмиссии для высшей транспортной передачи следует определять по формуле:

 

i_тр.м = pr_кn_н/(30V_нм), (29)

i_тр.м = 3,14·0,355·1780/(30·4,86)=13,610,

 

тогда знаменатель  ряда транспортных передач

q_т = (i_тр.z/i_тр.м)^1/м, (30)

q_т = (19,484/13,610)^1/2=1,208,

 

где м - число  транспортных передач.

Значения  передаточных чисел на остальных  транспортных передачах:

 

i_тр.l = i_тр.z/q^l_т, (31)

 

где l - номер транспортной передачи, l = 1, 2, ... ,м.

i_тр.l = 19,848/1,208=16,430.

 

5.3 Корректировка передаточных  чисел трансмиссии

 

Требуемые расчетные значения передаточных чисел коробки передач  определяют по формуле (расчет произвести только для основных передач):

 

i_кj = i_тр.j/(i_гпi_кп) = i_тр.j/i_о, (32)

 

где i_гп, i_кп - соответственно передаточные числа главной и конечной передач: i_гпi_кп = i_о.

 

Затем по кинематической схеме коробки передач, определяют, какие шестерни находятся  в зацеплении на каждой из расчетных  передач и подбирают для них  целые числа зубьев в соответствии с требуемыми передаточными числами. Рассчитывают действительные значения передаточных чисел i_тр.j. Они будут несколько отличаться от расчетных. Для единичной шестеренной передачи требуемое количество зубьев шестерни Z_ш (ведущая шестерня) и колеса Z_к (ведомая шестерня) можно определить по формулам:

 

Z_ш = Z_S/(i + 1);

Z_к = Z_S - Z_ш = iZ_S/(i + 1),

 

где Z_S - суммарное количество зубьев передачи Z_S = Z_ш + Z_к;

i - требуемое передаточное число передачи.

 

Значения Z_ш и Z_к округляются до ближайшего целого числа.

Значение Z_S можно принять таким же, как и у трактора-прототипа, или близким к нему. Числа зубьев шестерен, уточненные значения передаточных чисел трансмиссии и номинальной скорости движения трактора (без учета буксования) заносятся в табл. 4. В расчетно-пояснительной записке приводится рисунок с кинематической схемой трансмиссии трактора.

 

Таблица 4. Уточненные значения передаточных чисел трансмиссии

Наименование показателей	Передачи
	1	2	3	4
Расчетное передаточное число трансмиссии iтр	29,329	25,750	22,607	19,848
Передаточное  число центральной и конечной передач iо	24,84
Числа зубьев шестерен коробки передач	43 35	40 38	38 40	35 43
Скорректированное передаточное число трансмиссии iтр*	30,518	26,147	23,598	20,219
Теоретическая скорость движения Vт, м/с	2,17	2,54	2,81	3,28

 

 

6. Регуляторная  характеристика двигателя

 

Регуляторная характеристика двигателя (Рис. 2) устанавливает взаимосвязь  между частотой вращения коленчатого  вала n_e, эффективной мощностью N_e, часовым G_т и удельным эффективным g_e расходами топлива и развиваемым им крутящим моментом М_к. Расчет производится для внешней характеристики двигателя, получаемой при настройке регулятора на максимальную частоту вращения коленчатого вала. Необходимо различать следующие основные режимы работы двигателя:

1. Холостой  ход: М_к = 0.

2. Номинальный  (максимальной мощности): М_к = М_н.

3. Максимального  крутящего момента: М_к = М_макс.

Работа  с недогрузкой - регуляторные ветви характеристики: 0 £ М £ М_н.

Работа  с перегрузкой - перегрузочные (корректорные, безрегуляторные) ветви характеристики: М_н £ М £ М_макс.

При работе двигателя с недогрузкой графики изменения частоты вращения вала n = f₁(М_к) и часового расхода топлива G_т= f₂(М_к) с достаточной степенью точности можно аппроксимировать прямыми линиями:

- частота  вращения вала двигателя

 

n = n_х - (n_х - n_н)k₃, (33)

 

где n_х - частота вращения вала двигателя при холостом ходе:

 

n_х = n_н(2 + d_р)/(2 - d_р) » (1 + d_р)n_н; (34)

 

d_р - степень (коэффициент) неравномерности регулятора двигателя. Для современных тракторных дизелей d_р = 0,07…0,10.;

n_х = 1780(2 + 0,85)=1931 мин^-1;

k₃- коэффициент загрузки двигателя:

k₃= М_к/М_н; (35)

- эффективная  мощность двигателя

 

N_е = М_кn_е/9550, квт; (36)

 

- часовой  расход топлива

 

G_т = G_тх + (G_тн - G_тх) ·k₃, кг/ч, (37)

 

G_тн - часовой расход топлива, соответствующий номинальной загрузке двигателя:

 

G_тн= 10^-3·g_ен·N_н, кг/ч; (38)

G_тн= 10^-3·245·100 = 24,5 кг/ч;

 

G_тх - часовой расход топлива при холостом ходе двигателя:

 

G_тх » (0,25…0,30) ·G_тн; (39)

G_тх » 0,250 ·24,5=6,74 кг/ч;

 

- удельный  расход топлива двигателем:

 

g_е = 10^-3G_т/N_е, г/кВтч. (40)

 

При работе двигателя с перегрузкой (корректорные ветви характеристики, М_н £ М_к £ М_макс) может быть использована следующая аппроксимация:

 

N_е = N_o + k_N(M_макс - M_к)^1/2; (41)

G_т = G_тo + k_G(M_макс - M_к)^1/2; (42)

 

где k_N, k_G - коэффициенты, определяемые при математической обработке результатов тормозных испытаний двигателей.

Коэффициенты  k_N и k_G можно рассчитать, если известны коэффициенты приспособляемости двигателя по крутящему моменту

 

k = M_макс/М_н (43)

 

и частоте  вращения вала

 

k_o = n_o/n_н, (44)

 

а также  удельный расход топлива двигателем при максимальном крутящем моменте  g_еo=265 г/кВтч.

Расчет  выполняется по формулам:

 

k_N = (N_н - N_o)/[(M_макс - M_н)^1/2]; (45)

k_G = (G_тн - G_тo)/[(M_макс - M_н)^1/2], (46)

 

где N_o, G_тo - соответственно, мощность двигателя и часовой расход топлива двигателем при максимальном крутящем моменте M_макс:

 

N_o = M_максn_o/9550 = kM_нn_н/(9550k_o) = kN_н/k_o; (47)

N_o = 1,2·0,707·100= 84,8 кВт,

G_тo = g_еoN_н/1000; (48)

G_тo = 0,846·24,5=20,7кг/ч.

 

Значениями  k, k_o и g_еo можно задаться или принять такими же как и у двигателя трактора-прототипа.

Кроме номинального режима и режима максимального крутящего  момента на корректорной ветви характеристики следует определить значения показателей работы двигателя для одного, двух промежуточных уровней загрузки.

- задавшись  значениями коэффициента загрузки  двигателя по моменту 1 £ k_з = M_к/M_н £ k, определить крутящий момент двигателя по формуле

 

М_к = k_з·Mн, Нм

М_к = 1,2·536,5=643,8 Нм

k_N = (100 – 84,8)/[(643,8 – 536,5)^1/2]=1,47,

k_G = (24,5 – 20,7)/[(643,8 – 536,7)^1/2]=0,37.

 

Проанализировать  полученные данные, указав коэффициенты приспособляемости двигателя по крутящему моменту и частоте  вращения вала, сравнив основные параметры  характеристики с двигателем трактора-прототипа.

 

7. Тяговая характеристика трактора

 

Тяговая характеристика трактора показывает, как в зависимости от нагрузки на крюке Р_кр (тягового усилия трактора) и включенной передачи изменяются основные показатели: скорость движения V, мощность на крюке (тяговая мощность) N_кр, часовой G_т и удельный тяговый g_кр расходы топлива, потери на буксование движителя d. Трактор движется равномерно по горизонтальному участку. При выполнении курсовой работы тяговая характеристика строится только для основных передач трактора (рисунок 3а).

Последовательность расчета  тяговой характеристики трактора.

Значения указанных в  табл. 5 показателей следует вычислять  по формулам:

- касательная  сила тяги

 

Р_к = М_к·i_тр·h_тр·h_ву/(10³·r_к); (49)

 

- нагрузка  на крюке (тяговое усилие) трактора

 

Р_кр = Р_к - Р_f; (50)

 

- к.п.д. перекатывания

 

h_f = Р/Р_к = Р_кр/(Р_кр + Р_f); (51)

 

- сцепной  вес трактора G_сц для гусеничных тракторов и колесных тракторов с колесной формулой 4К4 равен эксплуатационному весу трактора G. Для колесных тракторов с колесной формулой 4К2:

 

G_сц = [G· (L - а) + Р·h_кр]/L, (52)

 

- коэффициент  буксования

 

d = В^-1·ln[А/(j_м - Р/G_сц)]; (53)

 

- теоретическая  скорость движения

 

V_т = p·r_к·n_e/(30i_тр) » 0,105·r_к·n_e/i_тр, м/с (*3,6, км/ч); (54)

 

- рабочая  (действительная) скорость движения

 

V = V_т· (1-d), м/с (*3,6, км/ч); (55)

 

- тяговая  мощность трактора

 

N_кр = Р_крV; (56)

 

- удельный  тяговый расход топлива

 

g_кр = 10³G_т/N_кр, г/квт.ч; (57)

 

- тяговый  к.п.д. трактора

 

h_т = N_кр/N_е = h_трh_вуh_dh_f = h_трh_ву(1 - d)Р_кр/Р_к. (58)

 

Показатели  двигателя при холостом ходе трактора рассчитываются по формулам:

- крутящий  момент двигателя

 

М_хт = 10³P_fr_к/(i_тph_тph_ву); (59)

 

- частота  вращения вала двигателя

 

n_хт = n_х- (n_х- n_н)М_хт/M_н; (60)

 

- часовой расход топлива

 

G_тхт = G_тх+ (G_тн- G_тх)М_хт/М_н. (61)

 

Расчеты произвести только для основных передач трактора. Результаты расчетов привести в табл. 5. Представить тяговую  характеристику трактора в графическом  виде - Рисунок 3а.

 

8. Лучевой график  загрузки двигателя

 

Лучевой график загрузки двигателя  показывает, как изменяется загрузка двигателя в зависимости от величины касательной силы тяги Р_к или тягового усилия Р_кр трактора и номера передачи – Рисунок 3б. При геометрическом ряде передач рациональный диапазон загрузки двигателя по крутящему моменту (на рисунке выделен жирной линией и точками) остается постоянным и не зависит от номера передачи: