3 Попередній тяговий розрахунок

Тяговий розрахунок виконується з метою визначення основних параметрів гусеничної машини, які забезпечують можливість прямолінійного руху її в заданих умовах.

Вихідні дані для тягового розрахунку транспортної гусеничної машини з дизельним двигуном і ступінчастою механічною трансмісією наведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Вхідні дані для розрахунку.

Найменування показника	Значення
Вага машини G, кН	120
Максимальна швидкість Vmax, км/ч	70
Максимальний кут підйому max, град.	30
Тип прицепа	гусеничний
Вага причепа Gп, кН	50
Максимальна швидкість руху з причепом Vmax п, км/год	50
Висота машини Н, м	1,865
Ширина колії В, м	2,5
Кліренс h, м	0,4
Тип гусениці	Дрібноланчаста с ГМШ

3.1 Потужність двигуна і його зовнішня характеристика

Максимальну потужність двигуна машини визначимо з умови прямолінійного руху ГМ без буксування на максимальній швидкості по дорозі з твердим покриттям при цьому:

Сумарний коефіцієнт опору прямолінійному руху:

- одиночної машини f =0,05 (рекомендується f =0,045…0,055);

- причепа f =0,05 (рекомендується f =0,05 для гусеничного и f =0,015 для колісного);

3.1.1 Коефіцієнт опору повітря:

k₀=0,65 кг_*м ^-3

3.1.2 Максимальна площа поперечного перерізу машини

F = (H - h) B = 3,662 м²

3.1.3 Коефіцієнт корисної дії:

- циліндричної пари шестерень η_ц = 0,98

- конічної пари шестерень η_к = 0,96

- планетарного ряда η_п = 0,97

- підшипників та шарнірів η_ш = 0,98

3.1.4 Кількість пар зачеплень:

- пар циліндричних шестерень n_ц = 1

- пар конічних шестерень n_к = 1

- планетарних рядів n_п = 2

- підшипників та шарнірів n_ш = 1

3.1.5 Загальний ККД трансмісії:

η_т = 0,867

3.1.6 ККД гусеничного рушія при русі без причепа и з причепом:

- для гумометалічного шарніра:

a₁ = 0.98 * a₂ = 0,012 с_*м ^-1; a₂ = 0,0076 с_*м ^-1

η_г = a₁ – a₂ V_max; η_гп = a₁ – a₂ V_{п max}

η_г = 0,832. η_гп = 0,875.

3.1.7 ККД машини на максимальній швидкості руху без причепа і з причепом:

η_о = η_т η_г = 0,722; η_оп = η_т η_гп = 0,759

3.1.8 Максимальна вільна потужність ДВЗ при русі з причепом:

N_спN = (ƒ₀G + ƒ_0пG_п) V_max

N_спN = 123,498 кВт

3.1.9 Максимальна вільна потужність ДВЗ:

N_сN = (ƒ₀G + k_опF V_max²) V_max;

N_сN = if (N_сN > N_спN, N_сN, N_спN);

N_сN = 185,781 кВт.

3.1.10 Коефіцієнт втрат a_Δ = 0,1…0,17 (менші коефіцієнти для ежекційної системи охолодження, більші - для вентиляторної)

a_Δ = 0,15

3.1.11 Розрахункова ефективна потужність ДВЗ:

N_eNp = ;

N_eNp = 218,566 кВт.

3.1.12 Прийнята ефективна потужність ДВЗ:

N_eN = 260 кВт.

Виходячи з отриманої в процесі розрахунку ефективної потужності, вибираємо для установки на машину двигун ЯМЗ-240 (12-циліндровий дизельний двигун без турбонаддува, 4-тактний, з V-подібним розташуванням циліндрів, безпосереднім уприскуванням палива і рідинним охолодженням.)

3.1.13 Потужність втрат у режимі максимальної потужності:

Δ N_N = a_{Δ *} N_eN;

Δ N_N = 39 кВт

3.1.14 Кутова швидкість колінчатого валу, відповідна максимальної потужності:

ω_N = 220 рад_*с ^-1

3.1.15 Мінімальна стійка кутова швидкість колінчатого валу:

ω_min = 66 рад_*с ^-1

3.1.16 Втрати в залежності від кутової швидкості колінчастого валу:

- для ежекційної системи охолодження a_N = 2;

- для вентиляторної a_N = 3.

ΔN_j = ΔN_N ;

3.1.17 Інтерполяційні коефіцієнти зовнішньої характеристики двигуна (рекомендовані значення – таблиця 3.1)

Таблиця 3.1 – Значення інтерполяційних коефіцієнтів

Тип двигуна	Коефіцієнт
Двохтактний дизель	0,8	1,2	1,0
Чотирьохтактний дизель
з передкамерою	0,7	1,3	1,0
з вихровою камерою	0,6	1,4	1,0

a_ω=0,5; b_ω=1,5; c_ω=1,0.

3.1.18 Питома ефективна витрата палива в режимі максимальної потужності (рекомендується g_eN = 165…215 г_*кВт^-1_*год^-1), приймаємо: g_eN = 214 г_*кВт^-1_*год^-1

3.1.19 Ефективні та вільні потужності і крутний момент, питома ефективна витрата палива (результати розрахунку – таблиця 3.2)

= ;

N_cj = N_ej - ΔN_j ;

M_ej = ; M_cj = ;

g_ej = g_eN

3.1.20 Кутова швидкість колінчатого валу, відповідна максимальному вільному крутному моменту:

ω_Mc= ;

ω_Mc=143,478 рад_*с^-1

Таблиці 3.2 – значення величин: ω^T, N_e^T, N_с^T, М_е^T, М_с^T, g_e^T, в залежності від ω.

ωT=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	рад*с-1
	1	66	83	100	117	134	152	169	186	203	220
NeT=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	кВт
	1	68	92	118	143	169	193	216	236	252	265

NсT=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	кВт
	1	67	90	114	137	160	180	198	212	221	225

МеT=			1		2		3		4		5		6		7		8		9		10		Н*м
	1		1035		1112		1174		1222		1255		1274		1278		1268		1243		1203
МсT=				1		2		3		4		5		6		7		8		9		10		Н*м
		1		1019		1086		1137		1171		1188		1188		1172		1139		1089		1023

geT=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	г*кВт-1*год-1
	1	251	237	225	216	209	205	203	204	208	214

Відповідно до даних представлених в таблицях 3.2 будуємо зовнішню характеристику ДВЗ представлену на рисунку 3.1

Рисунок 3.1 - Зовнішня характеристика ДВЗ

3.2 Мінімальна швидкість руху машини. Кінематичний діапазон трансмісії.

3.2.1 Коефіцієнт зчеплення:

(рекомендується φ = 0,8…1), приймаємо: φ = 0,9

3.2.2 Мінімальна швидкість руху:

V_min = ;

V_min = 1,532 м_*с^-1

3.2.3 Кінематичний діапазон трансмісії:

d_k = ;

d_k = 11,424

3.3 Розподіл швидкостей руху. Вибір передаточних відношень трансмісії.

3.3.1 Коефіцієнт відриву першої передачі:

(рекомендується а_v = 2,0…2,5), приймаємо: а_v = 1,8

3.3.2 Максимальна швидкість руху на 1-й і 2-й передачах:

V_m1 = V_min ; V_m2 = а_v V_m1;

V_m1 = 1,702 м_*с^-1; V_m2 = 3,064 м_*с^-1;

3.3.3 Кінематичний діапазон трансмісії без урахування першої передачі:

d_k2 = ; d_k2 = 6,345

3.3.4 Знаменник геометричної прогресії:

q = ; q = 1,533

3.3.5 Кількість скорегованих передач р = 0.

3.3.6 Знайдемо необхідну кількість передач:

k = ; k = 4,594

3.3.7 Приймаємо необхідну кількість передач: к = 5.

3.3.8 Швидкості руху машини на і-х передачах, які відповідають максимальній кутовій швидкості колінчастого валу ДВС:

Таблиця 3.3 - Значення максимальних швидкостей руху на передачах V_mі:

VmT=		1	2	3	4	5	м*с-1
	1	2,507	5,015	7,878	12,377	19,444

3.3.9 Радіус ведучого колеса:

(рекомендується R_вк = 0,25…0,32 м для легких, R_вк = 0,25…0,32 м для середніх і важких машин) приймаємо: R_вк = 0,31.

3.3.10 Передаточні відношення трансмісії на і-х передачах:

і = 1…k ;

і_0і =

Таблиця 3.4 - Значення передаточних відношень трансмісії і_0і:

і0T=		1	2	3	4	5
	1	27,201	13,6	8,657	5,51	3,507

3.3.11 Передаточні відношення:

- додаткового редуктора	ір = 1
- механізму повороту	іМП = 1

3.3.12 Передаточне відношення бортової передачі (при умові що вища передача в коробці передач - пряма)

= 6

3.3.13 Передаточне відношення коробки передач на і-х передачах:

= ;

Таблиця 3.5 - Значення передаточних відношень коробки передач і_КПі:

ІКПT=		1	2	3	4	5
	1	4,533	2,267	1,443	0,918	0,585

4 Перевірочний тяговий розрахунок.

4.1 Динамічний фактор. Тягова характеристика.

4.1.1 Поточне значення швидкості руху машини:

V_i,j =

4.1.2 Поточне значення ККД машини:

η_0i,j = η_T (a₁ – a₂V _i,j)

4.1.3 Поточне значення динамічного фактора:

D_i,j =

Таблиці 4.1 - Значення динамічного фактора по передачам в залежності від швидкості руху машини D_i,j:

V=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	м*с-1
	1	0,47	0,60	0,72	0,84	0,97	1,09	1,21	1,33	1,46	1,58
	2	1,44	1,82	2,19	2,57	2,94	3,31	3,69	4,06	4,44	4,81
	3	2,33	2,94	3,54	4,15	4,75	5,35	5,96	6,57	7,17	7,78
	4	3,80	4,78	5,76	6,75	7,73	8,71	9,70	10,68	11,67	12,65
	5	5,63	7,08	8,54	10,00	11,46	12,92	14,37	15,83	17,29	18,75

D=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	1	0,98	1,15	1,10	1,13	1,14	1,14	1,14	1,09	1,04	0,98
	2	0,32	0,34	0,36	0,37	0,37	0,37	0,36	0,35	0,33	0,31
	3	0,20	0,21	0,22	0,22	0,22	0,22	0,22	0,21	0,20	0,19
	4	0,12	0,13	0,13	0,13	0,13	0,13	0,13	0,12	0,12	0,11
	5	0,08	0,08	0,09	0,09	0,09	0,08	0,08	0,05	0,7	0,06

Рисунок 4.1 - Динамічна характеристика

4.2 Час і шлях розгону (розгінні характеристики)

4.2.1 Коефіцієнт приведення обертових мас на і-х передачах (зрушення відбувається з 2-й передачі)

- для легких машин а = 1,2, b = 0.002	приймаємо: а = 1,2
- для важких а = 1,15, b = 0.0015	b = 0.002

i = 2..k; δ_i = a + b

Таблиця 4.2 - Значення коефіцієнтів приросту обертових мас δ_i:

δT=		1	2	3	4	5
	1	0,000	1,602	1,354	1,258	1,226

4.2.2 Коефіцієнт приведення обертових мас причепа:

(рекомендується δ_п =1,15для гусеничного причепа и δ_п =1,1для колісного)

Приймаємо: δ_п =1,15

4.2.3 Коефіцієнт приведення обертових мас при відключеному від трансмісії ДВЗ, приймаємо: δ_п = 1,2.

4.2.4 Час переключення передач, приймаємо: τ = 1,7с.

4.2.5 Коефіцієнти втраченої швидкості при переході з і-ї передачі на (і +1)-шу (опором повітря нехтуємо) при русі без причепа і з причепом:

і = 2…k – 1;

= ;

= ;

4.2.6 Початкова швидкість руху на (і +1)-й передачі без причепа і з причепом:

= ;

=

Таблиці 4.4 - Значення початкових швидкостей руху на передачах без причепа і з причепом: , :

V0T=		1	2	3	4	5	м*с-1
	1	0,00	0,00	4,12	7,09	11,96

Vп0T=		1	2	3	4	5	м*с-1
	1	0,00	0,00	4,25	7,22	12,09

4.2.7 Шлях пройдений за час перемикання передачі в КП з і-ї на (і +1)-шу при русі без причепа і з причепом:

;

if

Таблиці 4.5 - Значення шляху за час перемикання передачі в КП з і-ї на (і +1)-шу при русі без причепа і з причепом:

SтT=		1	2	3	4	5	м
	1	0,00	0,00	7,59	12,64	20,91

VтпT=		1	2	3	4	5	м
	1	0,00	0,00	7,70	12,75	21,03

4.2.8 Поточне збільшення часу розгону при русі без причепа і з причепом:

i = 2…k ;

j = 1…n_расч - 1

Таблиці 4.6 - Значення збільшення часу розгону по передачам при русі без причепа і з причепом ,

Δt=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	с
	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	2	0,218	0,205	0,197	0,193	0,192	0,194	0,199	0,209	0,223
	3	0	0	0,492	0,481	0,48	0,487	0,505	0,533	0,577
	4	0	0	0	1,509	1,516	1,56	1,645	1,786	2,009
	5	0	0	0	0	5,23	5,619	6,341	7,651	0

Δtп=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	с
	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	2	0,289	0,272	0,261	0,255	0,254	0,257	0,265	0,277	0,297
	3	0	0	0	0,676	0,674	0,685	0,71	0,752	0,817
	4	0	0	0	2,252	2,263	2,334	2,473	2,706	3,081
	5	0	0	0	0	8,861	0	0	0	0

4.2.9 Час розгону на і-ій передачі при русі без причепа і з причепом:

Таблиці 4.7 - Значення часу розгону на і-ій передачі при русі без причепа і з причепом , :

tΣT=		1	2	3	4	5	с
	1	0,00	1,83	3,56	10,03	24,84

tпΣT =		1	2	3	4	5	с
	1	0,00	2,43	4,31	15,11	8,86

4.2.10 Поточне значення часу розгону при русі без причепа і з причепом (результати розрахунків - див. таблиці 4.10, 4.11)

4.2.11 Поточне прирощення шляху розгону при русі без причепа і з причепом:

=if ;

=if

Таблиці 4.8 - Значення збільшень шляху розгону по передачам при русі без причепа і з причепом , :

ΔS=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	м
	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	2	0,355	0,411	0,468	0,53	0,599	0,679	0,773	0,888	1,033
	3	0	0	0	2,142	2,426	2,76	3,162	3,665	4,318
	4	0	0	0	10,924	12,466	14,358	16,764	19,958	24,429
	5	0	0	0	0	63,738	76,68	95,775		0

ΔSп=		1	2	3	4	5	6	7	8	9	м
	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	2	0,472	0,545	0,621	0,703	0,794	0,9	1,025	1,178	1,373
	3	0	0	0	3,008	3,407	3,878	4,45	5,169	6,111
	4	0	0	0	16,302	18,61	24,485	25,202	30,232	37,46
	5	0	0	0	0	107,994	0	0	0	0

4.2.12 Шлях розгону на першій передачі при русі без причепа і з причепом:

Таблиця 4.9 - Значення шляху розгону на і-ій передачі при русі без причепа і з причепом , :

SΣT=		1	2	3	4	5	м
	1	0,00	5,74	20,36	98,90	362,91

SпΣT=		1	2	3	4	5	м
	1	0,00	7,61	26,02	149,29	107,99

4.2.13 Поточне значення шляху розгону при русі без причепа і з причепом (результати розрахунків - див. таблиці 3.10, 3.11)

;

=

4.2.14 Поточне значення швидкості руху без причепа і з причепом (результати розрахунків - див. таблиці 4.10, 4.11)