1 Проектировочный тяговый расчет гусеничной машины
Проектировочный тяговый расчет гусеничной машины (ГМ)
заключается определении основных параметров двигателя и трансмиссии,
которые позволят обеспечить заданные тягово-скоростные качества.
Для проведения тягового расчета необходима информация о наиболее тяжелых по требуемой мощности и силе тяги режимах движения машины.
Также необходимо знать массу машины и навесного оборудования. Указанная информация может быть получена из технического задания на разрабатываемое изделие, либо путем анализа существующих аналогичных машин.
В ходе выполнения проектировочного тягового расчета выполняются следующие задачи:
– оценка потребной максимальной мощности двигателя;
определение передаточных чисел узлов трансмиссии.
Оценка потребной максимальной мощности двигателя
Гусеничные машины обычно имеют на борту силовую установку в виде двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Механическая мощность ДВС используется для прямолинейного движения и поворота гусеничной машины,
обеспечения работы навесного оборудования при выполнении технологических операций, а также для собственных нужд машины и систем ДВС.
Чаще всего максимальная мощность ДВС требуется при движении ГМ на максимальной скорости (исключение могут составлять некоторые трактора и транспортно-технологические машины). В общем случае требуемую эффективную мощность ДВС можно определить следующим образом:
|
|
( |
+ |
) |
|
|
|
= |
|
|
|
, |
(1) |
|
|
|
||||
ДВС.э |
|
гус тр |
|
|||
|
|
|
||||
где ДВС.э – требуемая эффективная мощность ДВС, Вт;
13
– сила сопротивления движению, Н;
– сила аэродинамического сопротивления, Н;
– скорость движения ГМ, м/с;
гус – коэффициент полезного действия (КПД) гусеничного движителя;
тр –КПД трансмиссии;
– коэффициент снимаемой мощности;
При выборе двигателей оперируют так называемой эффективной мощностью, которая получена на стенде где отсутствуют затраты ДВС на привод системы охлаждения, генератора, уменьшенные сопротивления на впуске, выпуске и т.д. Свободная мощность ДВС, которую сможет использовать ГМ меньше эффективной, для учета чего используется
коэффициент снимаемой мощности = 0.8 … 0,9 |
[Чобиток теория, |
Забавников]: |
|
ДВС = ДВС.э , |
(2) |
Аналогичным образом свободный крутящий момент на коленчатом валу |
|
ДВС ДВС меньше эффективного ДВС.э: |
|
ДВС = ДВС.э , |
(3) |
КПД трансмиссии отражает потери механической мощности при её
передаче от двигателя к ведущим колесам. Зная тип и количество зубчатых передач, задействованных в движении можно определить общий КПД трансмиссии, например:
|
= 1 |
2 |
, |
(4) |
тр |
ц |
к |
|
|
где ц– КПД цилиндрической передачи, ц = 0,98;
1 – количество цилиндрических передач;
к – КПД конической передачи ц = 0,97;
2 – количество конических передач.
Величина потерь в гусеничном обводе зависит от большого количества факторов: скорости перематывания гусеничной цепи, типа шарнира гусеницы,
14
нагруженности ветвей гусеницы и т.д. Поэтому на практике используют упрощенные эмпирические зависимости подобные этой [забавников]:
гус = 0,95 − 0,005 ∙ 3,6 ∙ . |
(5) |
Для случая гусениц с резинометаллическим шарниром (РМШ) в работе
[Наумов В.Н. Тяговый расчет гусеничной машины : учеб. пособие по курсу
"Теория системы "местность-машина", М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004, 34 с] по аналогии с формулой профессора Н.А. Забавникова предложена приближенная зависимость:
гус = 0,919 − 0,00385 ∙ 3,6 ∙ . |
(6) |
Сила сопротивления движению ГМ вызвана наличием потерь на прессование, бульдозирование и экскавацию грунта. Вычисляется следующим образом:
|
= , |
(7) |
|
гр |
|
где гр – коэффициент сопротивления движению;
– ускорение свободного падения, = 9,81 м⁄с2.
Значения коэффициента сопротивления движения ГМ для различных типов опорной поверхности приведены в таблице [Платонов В.Ф., Леиашвили Г.Р. Гусеничные и колесные транспортно-тяговые машины. М.:
Машиностроение. 1986. 296 с., Антонов, тягачи т.1].
Таблица 1.
Значения коэффициентов сопротивления прямолинейному движению гусеничных машин для различных типов опорной поверхности
Тип опорной поверхности |
Коэффициент гр |
|
|
Автомобильная дорога I категории |
0,035…0,045 |
|
|
Асфальтобетонная дорога II и III категорий |
0,04…0,05 |
|
|
Ровное булыжное шоссе |
0,045…0,055 |
|
|
Разбитая булыжная дорога |
0,05…0,06 |
|
|
15
Профилированная сухая грунтовая дорога |
0,06…0,08 |
|
|
Разбитая грунтовая дорога |
0,065…0,07 |
|
|
Грунтовая дорога в период распутицы |
0,1…0,15 |
|
|
Грунт суглинистый с травяным покровом |
0,07…0,09 |
|
|
Сухой песчаный грунт |
0,1…0,2 |
|
|
Укатанная заснеженная дорога |
0,06…0,08 |
|
|
Снежная целина |
0,15…0,2 |
|
|
Заболоченная местность |
0,2…0,3 |
|
|
Величину силы аэродинамического сопротивления целесообразно определять при максимальной скорости движения ГМ более 40 км/ч. По аналогии с колёсными машинами [трехтомник СМ-10 второй том]:
|
= |
|
2 |
, |
(8) |
|
2 |
||||||
|
лоб |
|
|
|
||
где – коэффициент аэродинамического сопротивления, |
для ГМ = |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
0,8 … 1,3; |
|
|
|
|
|
|
– площадь лобового сечения, м2; |
|
|
|
|
||
лоб |
|
|
|
|
|
|
– плотность воздуха, = 1,225 кг⁄м3; |
|
|
|
|||
– скорость движения машины, м/с. |
|
|
|
|
||
Величину лоб при проектировочном расчете можно оценить по |
||||||
следующей зависимости [трехтомник СМ-10 второй том]. |
|
|||||
лоб = ∙ ∙ лоб, |
(9) |
|||||
где – колея машины, м;
– высота машины по массивным элементам, м;
– коэффициент заполнения площади лобового сечения, лоб = 0,75 … 0,95.
В итоге, определив величину максимальной требуемой эффективной мощности ДВС maxтреб, возможно выбрать имеющийся в производстве
16