Тягово-сцепные свойства и топливная экономичность трактора

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 , M_к ,G_Т, g_e ) = f(N_e)   -регуляторная характеристика дизеля – основная

                                         (строится в функции от эффективной  мощности);

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

от крутящего момента;

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

 

Построение 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 (рис. 1).

1. Выбираются масштабы  для построения графика. Масштаб  по оси абсцисс 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+d_р ) n_н  / (2 - d_р ) @  (1+d_р ) n_н =(1+0,05) 3000=3150 мин^-1;

где d_р - степень неравномерности регулятора (у современных дизелей d_р=0,03…0,07).

Частота вращения при  максимальном крутящем моменте

                                  n_{Mк max}= n_н / K_об =3000/1,67 =1800 мин^-1;

где K_об - коэффициент приспособляемости двигателя по частоте вращения; у современных двигателей K_об = 1,5…1,7.

   Ориентируясь на рекомендуемое расположение кривых, 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} = 9550 × N_{e н} / n_н =9550

3,6/3000=11,5 Н·м;

               

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

2. Перед построением  графика подготавливается таблица  для расчетов, в которую заносятся уже известные численные значения величин (см. таблицу 1).

 

 

 Таблица 3- Теоретических характеристик двигателя

n ,  мин –1	Mк  , Н×м	Ne ,  кВт	GТ ,  кг/ч	ge , г /(кВт×ч)
3150	0	0	0,35	=>∞
3100	3,85	1,25	0,62	495,5
3050	7,69	2,46	0,89	362,0
3000	11,54	3,62	1,16	320,0
2700	12,50	3,53	1,09	308,2
2400	13,10	3,29	1,02	309,3
2100	13,19	2,93	0,95	323,0
1800	13,21	2,49	0,88	352,0

 

Значения n₁ , n₂ и n₃ выбираются произвольно – равномерно в диапазоне частот от n_н до n_{Mк max}. Для значений частот в этом диапазоне (включая n_{Mк max}) по эмпирической зависимости рассчитываются соответствующие значения крутящих моментов и заносятся в табл.3:

 

;

 

Н×м ;

           

По результатам расчета  определяется значение коэффициента приспособляемости дизеля по моменту:

       

                                 К_М = M_{к max} / M_{к н} =13,21/11,54=1,14>1,12;

 

Значение К_М  должно быть не менее 1,12;

По значениям М_к и соответствующим значениям n в диапазоне от n₁ до n_{Mд max} рассчитываются значения эффективной мощности по формуле:

             

                                  N_e = M_к ×n / 9550 =13,21 1800/9550=2,49 кВт;

 

и заносятся в табл. 3. По данным таблицы строятся корректурные ветви кривых  M_к = f(n)  и N_e = f(n), а регуляторные ветви этих кривых изображаются в виде прямых линий, соединяющих точки M_к =0 при n_{х max} с M_{к н}  и   N_e =0 при  n_{х max}  с N_{e н} соответственно.

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

 

                                 G_{Т н} = g_{e н} N_{e н} / 10 ³ =320 3,62/1000=1,16 кг/ч;

                                      

При работе на максимальном скоростном режиме ( n_{х max} ):

 

                           G_{Т х} = (0,22... 0,3) G_{Т н} =0,3 1,16=0,35 кг/ч;

 

а на режиме M_{к max}  ( n_{Mк max} ):

 

                          G_{Т Mк max}  = 1,1 G_{Т н}  K_M / K_об= 1,1 1,16 1,14/1,67=0,88 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 , 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 =0,88 1000/2,49=352 г/(кВт ч)

                            

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.

Построение  регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности. На графике в принятом масштабе последовательно наносятся зависимости  (n , M_к ,G_Т, g_e ) = f(N_e). Все необходимые для их построения данные берутся из табл. 3. Характерными точками здесь являются: холостой ход N_e = 0 ; номинальный режим N_e=N_{e н}; мощность при M_{к max}.

Регуляторная ветвь g_e = f(n) здесь строится в диапазоне (0,4... 1,0)N_e. Значения g_e рассчитываются по формуле. По 3...4 выбранным точкам, при этом значения G_Т и N_e берутся 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 (рис.3) 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 аналогично ее построению на графике регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности.

 

1.5.3 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. Для колесных тракторов 4К4 ввиду более сложной конструкции трансмиссии КПД берется ориентировочно на 2% ниже.

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  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.

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

 

    1.5.4 Построение верхней части тяговой характеристики трактора.

      На рис.4 в верхней части находятся кривые, непосредственно относящиеся к тяговой характеристике. Начало координат располагается в точке O, которая наносится справа от точки O¢ на расстоянии, изображающем в принятом для оси абсцисс масштабе сопротивление качению трактора , где - коэффициент сопротивления качению. Величину коэффициента берут по табл. 2 приложений, учитывая тип движителя рассчитываемого трактора и почвенный фон, применительно к которому строится тяговая характеристика. Таким образом, на оси абсцисс верхней части характеристики отложены значения  тяговых усилий на крюке трактора. Ось ординат рассматриваемой части характеристики проводим из точки O вверх.

                         Р_f =f m_max g=0,12 9,81 1716=2020,1 Н

Построение  кривой буксования ведущих колес

Для ориентировочных расчетов величины буксования ведущих колес при выполнении курсовой работы можно использовать вспомогательные графики, приведенные на рис. 5: верхний график - для колесных тракторов, нижний - для гусеничных. На графиках нанесены опытные кривые буксования на разных почвенных фонах, построенные в функции от отношения где: - сцепной вес трактора, Н.

У колесных тракторов  со всеми ведущими колесами G_сц=G.

                         G_сц=G = 9,81=1716 9,81=16834 Н;

Зная отношение P_кр/G_сц, определяем соответствующие им значения величины буксования по кривой, выбранной на вспомогательных графиках, применительно к строящейся тяговой характеристик. Данные о величине G_сц, P_кр/G_сц и δ при разных значениях Р_кр заносят в таблицу:

                       Таблица 4- Теоретическая характеристика двигателя

Pкр, Н	Gсц, Н	Pкр/Gсц
8776,9	16834	0,52	0,2320
7500	16834	0,45	0,1616
6000	16834	0,36	0,1056
5000	16834	0,30	0,0796
4000	16834	0,24	0,0599
3000	16834	0,18	0,0452
2000	16834	0,12	0,0340
1000	16834	0,06	0,0256
0	16834	0,00	0,0193