Департамент кадровой политики образования
Министерства сельского хозяйства Российской Федерации
Иркутская государственная сельскохозяйственная академия
Кафедра "Тракторы и автомобили"
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По теме: "Тяговый расчёт трактора и автомобиля"
Выполнил:
Студент 4-го курса ф-та мех-ии с\х Пивкин И.В.
Проверил:
Непомнящих А.А.
Иркутск 2010г.
Содержание
1. Тяговый расчет трактора
1.1 Тяговый диапазон трактора
1.2 Масса трактора
1.3 Расчет мощности двигателя
1.4 Выбор параметров ведущих колес
1.5 Расчет передаточных чисел трансмиссий
1.6 Расчет теоретических скоростей движения
1.7 Определяем силы тяги на крюке
1.8 Буксование трактора
1.9 Расчет действительных скоростей движения
1.10 Расчет тяговой мощности трактора
1.11 Расчет удельного расхода топлива
1.12. Тяговый КПД трактора
1.13. Расчет и построение теоретической характеристики трактора
1.14. Мощностной баланс трактора
2. Тяговый расчет автомобиля
2.1 Полная масса автомобиля
2.2 Подбор шин и определение радиуса колеса
2.3 Расчет мощности и частоты вращения коленчатого вала
2.4 Расчет и построение скоростной внешней характеристики
2.5 Определение передаточного числа главной передачи
2.6 Расчет передаточных чисел коробки передач
2.7 Расчет и построение динамической характеристики автомобиля
2.8 Построение универсальной динамической характеристики автомобиля
2.9 Расчет и построение экономической характеристики автомобиля
2.10 Определение ускорений автомобиля
2.11 Время разгона автомобиля
2.12 Путь разгона автомобиля
2.13 Определение средней технической скорости и времени движения автомобиля
Список литературы
Приложение
Тяговый диапазон трактора рассчитывается по следующей формуле:
, где PH
-номинальное тяговое усилие (по заданию);
- номинальное тяговое усилие трактора предыдущего тягового класса;
= 1,25…1,3 - коэффициент расширения тяговой зоны трактора;
Минимальная сила тяги на крюке трактора:
;
кН;
Эксплутационная масса трактора рассчитывается по формуле:
, кг
где
=0,55…0,65 - допустимая величина коэффициента использования сцепного веса трактора в данных почвенных условиях;
=1 - коэффициент нагрузки ведущих колес, со всеми ведущими колесами;
= -
коэффициент сопротивления качению трактора, для почвенного фона - вспаханное поле;
g- ускорение свободного падения.
Определяем конструкционную массу
кг
Номинальная мощность двигателя определяется по формуле:
, кВт
где
=5,9 - расчетная скорость движения, по заданию, при номинальной силе тяги, км/ч;
=0,85…. .0,90 - коэффициент эксплутационной загрузки тракторного двигателя, для гусеничного трактора;
- механический КПД.
Механический КПД находим по формуле:
,
где
- КПД, учитывающее потери мощности на холостом ходу, принимается
=0,96;
,
- соответствующее КПД цилиндрической и конической пары шестерен, при современной технологии изготовления шестерен трансмиссий
,
,
; n,m - число пар, соответственно цилиндрических и конических шестерен.
Мощность
кВт
Таблица 1.1
Регуляторная характеристика двигателя
Частота вращения коленчатого вала, n, об/мин
1020
1200
1450
1600
1700
1850
Эффективная мощность двигателя, Ne
, кВт
64,3
77,2
88,9
93,3
95,6
0
Крутящий момент двигателя, Mk
, Нм
602
614,4
585,5
556,9
537
0
Часовой расход топлива, GT
, кг
18,0
20,3
22,0
23,6
24,0
5,2
Выбираем двигатель А-01М (Т-4А), у которого Ne
=95,6 кВт
Считаем крутящий момент для всех режимов по формуле:
, Нм;
Нм и т.д.
Определяем удельную мощность трактора:
, кВт/г,
=10,6 кВт/г
Определяем удельную массу трактора:
, кг/кВт
кг/кВт
Динамический радиус ведущей звездочки гусеничного трактора подсчитывается по формуле:
Значение
и
принимаются по данным для трактора соответствующего тягового класса.
Передаточное число трансмиссии на первой передачи подсчитывается по формуле:
,
Определяем знаменатель геометрической прогрессии по первому способу:
, где
-коэффициент допустимой нагрузки двигателя. Рекомендуется
=0,85. Отсюда находим заменитель геометрической прогрессии:
Передаточные числа подсчитываем следующим образом:
;
;
, где i1
, i2
, iz
- общие передаточные числа трансмиссий соответственных передач.
;
Считаем передаточные числа всех остальных передач:
и т.д.
Подсчитываем передаточные числа коробки перемены передач:
;
;
, где i0
- передаточное число шестерен с постоянным зацеплением, принимаем
.
, отсюда
и т.д.
Зная VH
1
-
расчетную скорость на первой передачи (по заданию) и знаменатель геометрической прогрессии, для других основных передач скорость подсчитывают следующим образом:
, км/ч
км/ч и т.д. Таблица 1.3
Определяем промежуточную транспортную скорость:
,
где Vz
- высшая основная скорость; Vтр.
max
км/ч
Расчетная касательная сила тяги на всех передачах подсчитывается по формуле:
;
Н=52,2кН и т.д.
Сила тяги на крюке трактора на 1-ой передаче при установившемся движении на горизонтальном участке определяется по формуле:
кН,
где
Н=9кН - сила сопротивления качению трактора.
кН и т.д.
Рассчитываем сцепной вес:
Н,
Далее буксование определяем по графикам, получаем следующие данные:
Таблица 1.2
Расчет кривой буксования
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
1,8
2,8
4,4
8,2
19
17776
26663
35551
44439
53327
Действительные, или рабочие скорости движения определяют по формуле:
км/ч,
км/ч и т.д.
Мощность на крюке для каждой передачи определяется по формуле:
, кВт,
кВт и т.д.
Удельный расход топлива определяют по формуле:
, г/кВт·ч
г/кВт·ч и т.д.
Таблица 1.3 Основные расчетные данные технической характеристики трактора при работе на номинальном режиме
Показатели
Передачи
Замедленные
Основные
Транспортные
1
2
1
2
3
4
5
6
7
пр.
max
1. Передаточные числа трансмиссии, i
121,771
60,886
41,278
38,686
36,257
33,980
31,846
29,846
21,972
19,382
17,400
2. Передаточные числа коробки передач, ik
6,998
3,499
2,372
2,223
2,084
1,953
1,830
1,715
1,262
1,113
1
3. Теоретическая скорость, VT
, км/ч
2
4
5,9
6,3
6,7
7,2
7,6
8,2
11,1
12,6
14
4. Касательная сила тяги, Pr
, кН
154
77
52,2
48,9
45,9
43
40,3
37,7
27,8
24,5
22
5. Сила тяги на крюке, Pкр
, кН
145
40
68
40
43,2
39,9
36,9
34
31,3
28,7
18,8
15,5
13
6. Величина буксования,
0,059
0,059
0,074
0,058
0,051
0,038
0,032
0,029
0,020
0,016
0,013
7. Рабочая скорость V, км/ч
1,882
3,764
5,463
5,930
6,358
6,895
7,357
7,923
10,878
12,398
13,818
8. Тяговая мощность Nкр
, кВт
20,911
41,822
65,556
65,750
65,170
65,040
63,965
63,240
56,807
53,380
49,898
9. Удельный расход топлива, gкр
, г/кВт*ч
1148
574
366
365
368
369
375
379
422
450
481
10. Тяговый КПД трактора
0,219
0,438
0,686
0,688
0,682
0,680
0,669
0,662
0,594
0,558
0,522
Тяговый КПД определяется по формуле:
и т.д.
Результаты расчетов по этому разделу приведены в таблице 1.4
Эффективная мощность двигателя состоит:
, кВт
где
- потери мощности на трение в трансмиссии;
- затраты мощности на буксование рабочих органов;
- мощность подводимая к рабочим органам;
- затраты мощности на качения трактора;
Nкр
- полезная тяговая мощность, берется из таблицы.
Для примера подсчитаем для первой передачи:
кВт;
кВт;
кВт;
кВт;
Nкр
=65,56 кН;
Получаем:
кН
Заполняем таблицу для остальных передач:
Затраты мощности
Передачи
1
2
3
4
5
6
7
кВт
%
кВт
%
кВт
%
кВт
%
кВт
%
кВт
%
кВт
%
10,04
10,50
10,04
10,50
10,04
10,50
10,04
10,50
10,04
10,50
10,04
10,50
10,04
10,50
6,33
6,62
4,96
5, 19
4,36
4,56
3,25
3,40
2,74
2,86
2,48
2,60
1,71
1,79
Nf
13,49
14,11
14,64
15,31
15,70
16,42
17,02
17,81
18,16
19,00
19,56
20,46
26,86
28,09
Nкр
65,56
68,58
65,80
68,83
65,17
68,17
65,41
68,42
63,97
66,91
63,70
66,63
56,81
59,42
95,42
99,81
95,44
99,83
95,27
99,65
95,72
100,13
94,91
99,28
95,78
100, 19
95,42
99,81
Мощностной баланс трактора
Массу полностью груженого автомобиля можно определить следующим образом:
, кг
где
- полная масса автомобиля, кг; m
0
=1150 кг- масса порожнего автомобиля по прототипу ВАЗ-2121 "Нива", кг; n- число пассажиров включая водителя;
-масса багажа, по заданию - 4 человека, кг.
1550 кг
Определяем полный вес автомобиля: G
a
=m
a
g
=1550·9,81=15206Н
Определяем динамический радиус колеса:
r
k
=
, м
где d
0
=692-диаметр шины без нагрузки, выбираем из таблицы № 9 в методических указаниях, по прототипу, мм;
=0,93…0,935 - коэффициент деформации шины.
Колеса - дисковые. Шины - бескамерные 6,95-16.
r
k
=
м
Мощность двигателя необходимую для движения полностью нагруженного автомобиля с максимальной скоростью в определенных дорожных условиях, определяют по формуле:
, кВт
где Vmax
=130 - заданная максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче, км/ч;
, где
=0,015
…0,025 - коэффициент сопротивления качению, i=0,01
…0,015 - величина подъема, отсюда
; k
=0,15…0,35 - коэффициент обтекаемости лобового сопротивления автомобиля, Нс2
/м4
; F
=1,3…2,8 - площадь лобового сопротивления автомобиля, м2
.
Подсчитываем КПД:
,
где
=0,99 - КПД карданной передачи.
Находим мощность
кВт
Определяем максимальную мощность двигателя:
кВт
Находим максимальную частоту вращения коленчатого вала:
об/мин,
где
=20…30-коэффициент оборотности, для легковых автомобилей.
Все данные занесены в таблицу 2.1, ниже приводятся расчеты только для режима 0,2nmax
; остальные данные получаем из таблиц с процентным соотношением из методических указаний.
Находим крутящий момент:
Нм
Определяем часовой расход топлива
кг/ч
Таблица 2.1
Скоростная внешняя характеристика двигателя
Показатели
0,2n
max
0,4n
max
0,6n
max
0,8n
max
n
max
1,2n
max
n
, мин-1
780
1560
2340
3120
3900
4680
N
e
, кВт9,6
24
35
44,2
48
44,2
М
к
, Нм117,5
146,9
143,0
135,2
117,5
90,1
g
e
, г/кВт·ч335,5
305
289,8
289,8
305
350,8
G
T
, кг/ч3,2
7,3
10,2
12,8
14,6
15,5
Рассчитаем передаточное число главной передачи:
Передаточное число главной передачи, оказывает большое влияние на тягово-скоростные качества автомобиля. Увеличение
снижает скорость
, но увеличивает тяговые качества, и автомобиль может преодолевать большие сопротивления дороги.
Находим тяговую мощность ведущих колес
при различных передаточных числах,
кВт и т.д. Таблица 2.2
Так как
известно, то передаточные числа
,
подбирают из условия
. Они должны быть меньше соответственно и больше на 10-20%.
Принимаем
,
Таблица 2.2
Мощностной баланс автомобиля
NeкВт
9,6
24
35
44,2
48
44,2
N
, кВт
8,5
21,4
31,2
39,3
42,7
39,3
п, м
ин
780
1560
2340
3120
3900
4680
V км/ ч
i
=3,6
26,14
52,28
78,42
104,55
130,69
156,83
i
=3,05
30,85
61,71
92,56
123,40
154,26
185,11
i
=4,15
22,68
45,35
68,03
90,69
113,40
136,05
Скорость находим по формуле
км/ч
км/ч и т.д. Таблица 2.2
А скорость
и
находим
км/ч
где V - скорость для
, а
- скорость для
.
км/ч и т.д. Таблица 2.2
Аналогично вычисляют скорости для
.
км/ч и т.д. Таблица 2.2
Затем находим мощности на преодоление сопротивления дороги
и сопротивление воздуха
.
кВт
кВт и т.д. Таблица 2.3
кВт
кВт и т.д. Таблица 2.3
Таблица 2.3
Сопротивлений дороги и воздуха.
V, км/ч
26,14
52,28
78,42
104,55
130,69
156,83
, кВт 1,66
3,31
4,97
6,62
8,28
9,94
, кВт 0,21
1,71
5,77
13,66
26,69
46,12
, кВт 1,87
5,02
10,74
20,28
34,97
56,06
Передаточное число коробки передач по условию преодоления максимального заданного дорожного сопротивления:
Передаточное число коробки передач на первой передачи по условию сцепления равно:
,
где
=0,6…0,7 - коэффициент сцепления ведущих колес с дорогой.
=0,53-коэффициент нагрузки ведущих колес.
, принимаем
=3,55
Дальше по таблице 2.3 в методических указаниях рассчитываем остальные передачи.
Таблица 2.4
Передаточные числа коробки передач
Передача
Первая
Вторая
Третья
Четвертая
Передаточные числа
3,55
2,3
1,5
1
i0
·ik
12,8
8,4
5,5
3,6
Все расчетные данные по этому разделу приведены в таблице 2.3, здесь приводим расчет для одного режима на одной передачи.
Динамический фактор находим по формуле:
,
где
- касательная сила тяги, Н;
-сила сопротивления воздуха, Н
Подсчитываем скорость автомобиля на первой передаче при 0,2n
max
:
км/ч
Определяем величину касательной силы тяги:
Н
Определяем силу сопротивления воздуха
Н
Находим динамический фактор:
Данные для построения занесены в таблицу 2.5 Приведем расчет универсального динамического фактора на первой передачи при 0.2nmax
Формула для подсчета:
Таблица 2.5
Результаты расчетов динамической характеристики автомобиля
Показатели
0,2nmax
0,4nmax
0,6nmax
0,8nmax
nmax
n, мин-1
780
1560
2340
3120
3900
Мк
, Нм
117,5
146,9
143
135,2
117,5
1 передача
V, км/ч
7,4
14,7
22,1
29,4
36,8
Pk
, Н
4183,0
5229,6
5090,8
4813,1
4183,0
Pw
, Н
2,3
9,1
20,6
36,6
57,2
D
0,275
0,343
0,333
0,314
0,271
Do
0,371
0,463
0,449
0,423
0,366
2 передача
V, км/ч
11,2
22,4
33,6
44,8
56,0
Pk
, Н
2746,0
3432,5
3341,0
3157,9
2746,0
Pw
, Н
5,3
21,2
47,8
84,9
132,7
D
0,180
0,224
0,217
0, 202
0,172
Do
0,243
0,302
0,292
0,272
0,232
3 передача
V, км/ч
17,1
34,2
51,3
68,4
85,5
Pk
, Н
1797,4
2247,1
2187,5
2068,1
1797,4
Pw
, Н
12,4
49,5
111,5
198,1
309,6
D
0,117
0,145
0,137
0,123
0,098
Do
0,158
0, 195
0,184
0,166
0,132
4 передача
V, км/ч
26,1
52,3
78,4
104,6
130,7
Pk
, Н
1176,5
1470,8
1431,8
1353,7
1176,5
Pw
, Н
28,9
115,6
260,2
462,5
722,6
D
0,075
0,089
0,077
0,059
0,030
Do
0,102
0,120
0,104
0,079
0,040
Все расчеты по этому разделу приведены в таблице 2.6
Приводим расчет для одного пункта:
Расход топлива на 100 км. Считаем по формуле:
, л/100 км,
где
- плотность топлива, для бензина 0,725 кг/л.
Эффективную мощность двигателя необходимую для движения в заданных дорожных условиях считаем по формуле:
Для ориентировочных расчетов удельный расход топлива считаем:
,
где k
n
,k
N
- коэффициенты подбираемые по таблицам приведенным в методических указаниях.
Все остальные данные берем из предыдущих расчетов:
3,92 кВт
г/кВтч
л/100
Таблица 2.6
Расчет экономической характеристики автомобиля.
ψ
ni, мин-1
Nei, вн
Vi
ni/nmax
kn
Nei
Nei/Nei, вн
kN
ge
Qs
0,03
780
9,6
26,1
0,2
1,1
3,92
0,41
1,25
419,4
8,7
1560
24
52,3
0,4
1,02
9,27
0,39
1,30
404,4
9,9
2340
35
78,4
0,6
0,97
17,41
0,50
1, 20
355,0
10,9
3120
44,2
104,6
0,8
0,96
29,80
0,67
0,90
263,5
10,4
3900
48
130,7
1
1,01
47,77
1,00
1,00
308,1
15,5
0,05
780
9,6
26,1
0,2
1,1
6,39
0,67
0,90
302,0
10,2
1560
24
52,3
0,4
1,02
14, 20
0,59
1,00
311,1
11,7
2340
35
78,4
0,6
0,97
24,80
0,71
0,85
251,5
11,0
3120
44,2
104,6
0,8
0,96
39,67
0,90
0,90
263,5
13,8
3900
48
130,7
1
1,01
60,09
1,25
-
-
-
0,07
780
9,6
26,1
0,2
1,1
8,85
0,92
0,92
308,7
14,4
1560
24
52,3
0,4
1,02
19,13
0,80
0,90
280,0
14,1
2340
35
78,4
0,6
0,97
32, 19
0,92
0,92
272,2
15,4
3120
44,2
104,6
0,8
0,96
49,53
1,12
-
-
-
3900
48
130,7
1
1,01
72,41
1,51
-
-
-
Ускорение является одним из параметров преемственности автомобиля.
и т.д.
где
- коэффициент учета вращающихся масс автомобиля.
и т.д. Таблица 2.7
где а
- коэффициент для легковых (0,05…0,07)
и т.д.
Таблица 2.7
Сопротивление разгона вращающихся масс двигателя
Передача
1-я
2-я
3-я
4-я
1,79
1,35
1,17
1,09
Таблица 2.8
Ускорений и обратных ускорений
Передача
V км/ч
м/с2
с2
/м 1-я
7,4
0,260
1,42
0,7
14,7
0,328
1,80
0,56
22,1
0,318
1,74
0,57
29,4
0,299
1,64
0,61
36,8
0,256
1,40
0,71
2-я
11,2
0,165
1, 20
0,83
22,4
0, 209
1,52
0,66
33,6
0, 202
1,47
0,68
44,8
0,187
1,36
0,74
56,0
0,157
1,14
0,88
3-я
17,1
0,102
0,86
1,16
34,2
0,130
1,09
0,91
51,3
0,122
1,02
0,98
68,4
0,108
0,91
1,10
85,5
0,083
0,70
1,43
4-я
26,1
0,060
0,54
1,85
52,3
0,074
0,67
1,49
78,4
0,062
0,56
1,79
104,6
0,044
0,40
2,5
130,7
0,015
0,14
7,14
Время разгона - это время в секунду, в течение которого автомобиль увеличивает скорость в заданных пределах.
По оси абсцисс за а
км/ч принято к
мм, и масштаб скорости в м∙с-1
а=10
км/ч в к=10
мм.
По оси ординат за в
с2
∙м-1
принято u
мм, и масштаб обратных ускорений
при в=0,2
с2
∙м-1
принято u=20
мм
Масштаб времени
Переход площади F
ко времени разгона t
осуществляется по выражению:
и т.д.
и т.д.
Таблица 2.9
Время разгона
V км/ч
F, мм2
с t
с начала разгона, с7,5
0
0
0
15
442
1,23
1,23
25
566
1,57
2,80
35
624
1,73
4,53
45
697
1,94
6,47
56
875
2,43
8,90
65
937
2,60
11,50
75
1121
3,12
14,62
85
1265
3,52
18,14
95
2045
5,69
23,83
105
2337
6,50
30,33
2.12 Путь разгона автомобиля
Путь разгона - это путь в метрах, пройденный автомобилем при увеличении скорости за время от
до
.
Масштаб
перевода площади в длину пути в метрах находят аналогично масштабу скорости
.
Масштаб скорости известен:
По оси абсцисс за а
км/ч принято к
мм, и масштаб скорости в м∙с-1
а=10
км/ч в к=10
мм.
По оси ординат за d
секундпринято q
мм, и масштаб времени.
приd=2
с
принято q=10
мм
Масштаб времени
,
Переход площади F
ко времени разгона t
осуществляется по выражению:
и т.д. Таблица 2.10
Таблица 2.10
Путь разгона
V км/ч
F, мм2
м S
с начала разгона, м7,5
0
0
0
15
77
4,3
4,3
25
159
8,8
13,1
35
253
14,1
27,2
45
402
22,4
49,6
56
637
35,4
85
65
787
43,8
128,8
75
1088
60,5
189,3
85
1460
81,2
270,5
95
2575
143,2
413,7
105
3251
180,8
594,5
Средней технической скоростью называется скорость, полученная делением пройденного пути на время движения автомобиля.
км/ч
км/ч
ч
ч
1. Непомнящих А.А. Тяговый расчёт трактора и автомобиля. Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Тракторы и автомобили". Издание перераб. и доп.: Иркутск. ИрГСХА. 2003.57с
2. Дурицкий Н.И. Тяговый расчёт автомобиля.
3. Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Теория трактора и автомобиля". Иркутск - 1991.46с
Номер передачи
Номер расчетной точки
Данные регуляторной характеристики дизеля
Результаты расчета теоретической тяговой характеристики
n, об/мин
Ne
, кВт
Gт
, кг/ч
Mk
, Н·м
PК
, кН
Pрк
, кН
Vт
, км/ч
V, км/ч
N, кВт
gкр
, г/кВт·ч
2
1
1825
18
8,6
94, 19
8,58
0
6,758
0
6,758
0
0
2
1760
57,5
16,2
312,00
28,42
19,42
6,518
0,020
6,387
34,45
470
0,599
3
1735
72,5
19,4
399,06
36,35
27,34
6,425
0,028
6,245
47,44
409
0,654
4
1700
95,6
24
537,05
48,91
39,91
6,295
0,058
5,930
65,75
365
0,688
5
1600
93,3
23,6
556,88
50,72
41,72
5,925
0,067
5,528
64,06
368
0,687
6
1450
88,9
22
585,51
53,33
44,33
5,370
0,080
4,940
60,82
362
0,684
7
1200
77,2
20,3
614,38
55,96
46,96
4,444
0,098
4,008
52,28
388
0,677
4
1
1815
20
9,1
105,23
8,42
0
7,652
0
7,652
0
0
2
1750
65
17,8
354,71
28,38
19,38
7,378
0,020
7,230
38,92
457
0,599
3
1720
82,5
21,3
458,07
36,64
27,64
7,252
0,028
7,048
54,12
394
0,656
4
1700
95,6
24
537,05
42,96
33,96
7,167
0,038
6,895
65,04
369
0,680
5
1600
93,3
23,6
556,88
44,55
35,55
6,746
0,045
6,442
63,61
371
0,682
6
1450
88,9
22
585,51
46,84
37,84
6,113
0,051
5,801
60,98
361
0,686
7
1200
77,2
20,3
614,38
49,15
40,15
5,059
0,060
4,756
53,04
383
0,687
6
1
1810
23
9,6
121,35
8,53
0
8,688
0
8,688
0
0
2
1730
74
19,6
408,50
28,70
19,70
8,304
0,021
8,130
44,49
441
0,601
3
1705
94
23,6
526,51
36,99
27,99
8,184
0,028
7,955
61,86
382
0,658
4
1700
95,6
24
537,05
37,73
28,73
8,160
0,029
7,923
63,24
379
0,662
5
1600
93,3
23,6
556,88
39,13
30,13
7,680
0,031
7,442
62,28
379
0,668
6
1450
88,9
22
585,51
41,14
32,14
6,960
0,034
6,723
60,03
367
0,675
7
1200
77,2
20,3
614,38
43,17
34,17
5,760
0,039
5,535
52,54
386
0,681