5.2 Регуляторная скоростная характеристика двигателя в функции от частоты вращения коленчатого вала

Задаваясь различными значениями частот вращения вала двигателя в процентах ( 100, 80, 60, 40, 20 ) от номинальной величины определяем текущие значения N_е мощности двигателя на безрегуляторной ветви характеристики по эмпирической формуле:

(82)

где – n_e и n_н – текущее и номинальное значение частот вращения коленчатого вала двигателя;

С1 = 0,5; С2 = 1,5.

кВт.

кВт.

кВт.

кВт.

кВт.

На регуляторной ветви характеристики принимают изменения мощности Nе по закону прямой линии от N_е = 0 до N_{е max}.

Для определения Nе = 0 определяют частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу по формуле:

(83)

где δ_р – коэффициент неравномерности регулятора, δ_р = 0,07…0,08.

мин^-1.

Зная мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя, определяют крутящий момент по формуле:

(84)

с^-1.

с^-1.

с^-1.

с^-1.

Нм.

Нм.

Нм.

Нм.

По удельному расходу топлива при номинальной мощности двигателя определяют максимальный часовой расход топлива:

кг/ч (85)

Для холостого хода двигателя принимают:

кг/ч.

Промежуточные точки часового расхода топлива на регуляторной ветви принимают по закону прямой линии.

Удельный расход топлива на регуляторной ветви при максимальном крутящем моменте двигателя принимают на 10-20% больше чем при номинальной мощности. g_e3 = 279,45 г/кВт·ч.

кг/ч.

Таблица 3 Показатели работы двигателя.

n, мин-1.	ω, с-1.	Ne, кВт	Ме, Нм.	Gт, кг/ч	ge, г/кВт·ч
2365	247,66	0	0	3,8	-
2200	230,38	62,6	271,72	15,21	243
1760	184,45	53,08	288	14,83	279,45

Рисунок 2 Регуляторная скоростная характеристика дизельного двигателя.

Рисунок 3 Регуляторная характеристика дизельного двигателя.

6 Расчет и построение теоретической тяговой характеристики трактора

Определив основные конструктивные и экономические параметры тракторного двигателя и трактора в целом, приступают к построению теоретической тяговой характеристики, которая позволяет получить наглядное представление о тяговых и топливо - экономических показателях на различных режимах его работы.

Теоретическая тяговая характеристика трактора (рис. 3) 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, скорости движения, тяговая мощность, удельный расход топлива и тяговый К.П.Д. трактора.

Аналитический расчёт и графическое построение теоретической тяговой характеристики трактора производится в следующей последовательности: на листе наносят ось координат с повёрнутой ординатой вниз. Затем по оси абсцисс от начала координат О' в принятом масштабе откладывается для каждой передачи максимальная касательная сила тяги, подсчитанная по формуле:

(86)

и номинальная:

(87)

где: М_крmax – максимальный крутящий момент двигателя;

М_крн – крутящий момент двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала;

i_трi – передаточное число трансмиссии;

η_трi – К.П.Д. учитывающий потери мощности в трансмиссии

Для I передачи:

Н;

Н;

Для II передачи:

Н;

Н;

Для III передачи:

Н;

Н;

Для IV передачи:

Н;

Н;

Для V передачи:

Н;

Н.

Учитывая, что касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя, поэтому по оси абсцисс от точки О' для каждой заданной передачи в принятом масштабе наносятся крутящие моменты двигателя М_крmax и М_{кр н} соответственно касательным силам тяги Р_{к max} и Р_{к н}.

Затем по оси ординат вниз наносятся масштабные шкалы эффективной мощности, часового расхода топлива и частоты вращения коленчатого вала двигателя с таким расчётом, чтобы графики в регуляторной зоне не пересекались.

Далее с учётом количества передач и соответствующих крутящих моментов строится график показателей работы двигателя N_e, G_T, n=( М_кр).

При этом образуются пучки кривых N_e с общим центром в точке О', кривые G_Т с общим центром в точке G_ТХ и пучок кривых n с общим центром в точке n_х - 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.

Кривые, расположенные в нерегуляторной зоне в пределах от М_крmax до М_{кр н} для каждой передачи, строятся по расчетным точкам регуляторной характеристики (см. таблицу 3.). Нанесенные кривые на график регуляторной характеристики для каждой передачи заканчиваются при максимальных значениях крутящих моментов, М_крmax.

Нижняя часть теоретической тяговой характеристики трактора по сути дела является примером построения нагрузочной характеристики двигателя в функции от крутящего момента. При этом, следует учесть, что в зоне перегрузок от М_{кр н} до М_крmax кривые N_е, G_T, n строятся по точкам регуляторной характеристики, а в зоне действия регуляторов эти показатели изображаются прямыми линиями.

После построения нагрузочной характеристики определяют силу сопротивления качению по формуле:

P_f=f ·G·g = 0,07 · 3600 · 9,81= 2472,12 Н (88)

где f — коэффициент сопротивления качению;

G - сила тяжести трактора.

Величина силы сопротивления качению P_f откладывается по оси абсцисс вправо от точки О' до точки О. Полученная точа О будет являться началом координат непосредственно тяговой характеристики трактора. По оси абсцисс в масштабе касательной силы точки О отсчитывается сила тяги на крюке трактора, определяемая по формуле Р_КР = Р_К - Р_f ,а по оси ординат вверх изображаются в своих масштабах тяговые показатели трактора - буксование движителей, скорости движения, тяговые мощности на крюке, удельный расход топлива по передачам и тяговый к.п.д.

Величина коэффициента буксования может быть посчитана по эмпирической формуле:

(89)

где: р – относительная сила тяги трактора, определяемая по формуле:

(90)

Безразмерные коэффициенты для колёсного трактора принимают: a = 0,13; b = 0,013; с = 8.

I

II

III

IV

I

II

III

IV

Далее для каждой заданной передачи определяют теоретическую скорость на холостом ходу (р_кр = 0) по формуле:

(91)

км/ч.

I км/ч.

км/ч.

км/ч.

II км/ч.

км/ч.

км/ч.

III км/ч.

км/ч.

км/ч.

IV км/ч.

км/ч.

Зная величину буксования и теоретическую скорость движения, подсчитываем для каждой передачи рабочие скорости по формуле:

(92)

км/ч.

I км/ч.

км/ч.

км/ч.

II км/ч.

км/ч.

км/ч.

III км/ч.

км/ч.

км/ч.

IV км/ч.

Для каждой передачи определяем мощность на крюке трактора по формуле:

(93)

кВт.

I кВт.

кВт.

кВт.

II кВт.

кВт.

кВт.

III кВт.

кВт.

кВт.

IV кВт.

кВт.

Для оценки топливной экономичности трактора определяется удельный расход топлива по формуле:

(94)

г/(кВтч).

I г/(кВтч).

г/(кВтч).

г/(кВтч).

II г/(кВтч).

г/(кВтч).

г/(кВтч).

III г/(кВтч).

г/(кВтч).

г/(кВтч).

IV г/(кВтч).

г/(кВтч).

Условный тяговый К.П.Д. определяется по формуле:

(95)

I

II

III

IV

Для построения теоретической тяговой характеристики трактора, полученные расчетные тяговые показатели для каждой передачи заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Расчетные тяговые показатели.

передача	№ расчетной точуки	Ne, кВт.	Gт, кг/ч	n, мин-1.	Ме, Нм.	Рк, Н	Ркр, Н	VT, км/ч.	VР, км/ч.	δ,	NКР, кВт.	gКР, г/(кВтч)	ηТУ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
I	1	0	0,70	1720	0	1030	0	3,5	3,5	0	0	-	-
	2	13,2	2,90	1600	79	11872	10842	3,2	2,7	0,160	8,1	358	0,61
	3	8,9	2,20	960	89	13374	12344	1,9	1,5	0,220	5,1	431	0,57
II	1	0	0,70	1720	0	1030	0	4,5	4,5	0	0	-	-
	2	13,2	2,90	1600	79	11872	10842	4,1	3,6	0,110	8,1	358	0,61
	3	8,9	2,20	960	89	13374	12344	2,5	2,2	0,130	5,6	392	0,63
III	1	0	0,70	1720	0	1030	0	5,8	5,8	0	0	-	-
	2	13,2	2,90	1600	79	11872	10842	5,4	4,9	0,078	8,1	358	0,61
	3	8,9	2,20	960	89	13374	12344	3,3	3,0	0,088	5,7	385	0,64
IV	1	0	0,70	1720	0	1030	0	7,6	7,6	0	0	-	-
	2	13,2	2,90	1600	79	11872	10842	7,1	6,6	0,057	7,9	367	0,59
	3	8,9	2,20	960	89	13374	12344	4,3	4,0	0,065	5,6	392	0,63