1.5 Определение данных для построения тяговой характеристики

Задаваясь принятыми частотами вращения коленчатого вала двигателя и соответствующими этим частотам крутящими моментами, определяем величины для каждой передачи и заносим в таблицу 1.6:

-теоретическую скорость движения трактора:

V_t=0,105R_к·n/i_т,м/с (8)

V_t=0,105∙0,7∙1260/37,9=2,4

-касательную силу тяги на ведущих колесах:

Р_к=М_дв·i_т·η_т·10^-3/R_к, кН (9)

Р_к=674,6∙37,9∙0,86∙10^-3/0,7=31,4

-силу, сопротивления самопередвижению трактора:

P_f=f·G·g·10^-3,кН (10)

P_f=0,12∙7900∙10∙10^-3=9,5кН

-силу тяги трактора:

P_кр=P_к-P_f,кН (11)

P_кр=31,4-9,5=21,9кН

где f - коэффициент сопротивления самопередвижению трактора на пашне стерне 0,12...0,18 ;

G - эксплуатационная масса трактора, кг;

R_к - радиус ведущего колеса, м ;

i_T - передаточное число трансмиссии на данной передаче;

η_т - КПД трансмиссии на данной передаче;

-действительную скорость движения:

Vд=V_t(1-δ/100),м/с (12)

Vд=2,4∙(1-5,1/100)=2,3м/с

где δ- буксование трактора при соответствующем Р_кр, % (из рис. 1.3);

-тяговую мощность трактора:

N_кр= P_кр· V_д, кВт (13)

N_кр=21,9∙2,3=50,4кВт

-удельный расход топлива:

g_кр = Gт·10³/N_кp, г/кВт-ч (14)

g_кр =25000/50,4=1260г/кВтч

По данным таблицы 1.6 на миллиметровой бумаге строится тяговая характеристика трактора на рабочих передачах (рисунок 1.4).

Проведя плавные кривые, касающиеся кривых тяговой мощности и действительной скорости движения трактора на различных передачах (пунктирные кривые на рисунке 1.4), получают потенциальную характеристику трактора.

l.6 Анализ тяговой характеристики трактора

Тяговая характеристика трактора Т – 150К, снятая на пашне, показывает изменение всех показателей по передачам. Используя совмещенный график потенциальной и на передачах тяговых характеристик трактора (рисунок 1.4), определяем:

- оптимальные значения силы тяги и скорости движения трактора:

4 передача:

P_кр= 15,7 кН; V_д = 4 м/с;

5 передача:

P_кр= 8,5 кН; V_д = 6 м/с;

6 передача:

P_кр= 6,2 кН; V_д = 7,2 м/с;

7 передача:

P_кр= 4,3 кН; V_д = 8 м/с;

8 передача:

P_кр= 1,9 кН; V_д = 15 м/с;

- максимальные значения тяговой мощности на примере четвертой передачи определяются точками, лежащими на пересечении кривых с вертикалью, проведенной через точку N_{кp макс} = 57,7 кВт; по величине N_{кp макс} определяют тяговый КПД , =64,7/129 = 0,5 трактора, чем выше КПД, тем меньше удельный тяговый расход топлива;

- номинальные значения силы тяги, скорости движения, тягового КПД и максимальные значения тяговой мощности трактора на каждой передаче:

4 передача:

P_кр= 19,6 кН; V_д = 3,3 м/с; N_кр=64,7 кВт; η = 0,5;

5 передача:

P_кр= 10,4 кН; V_д = 5,4 м/с; N_кр= 56,2 кВт; η = 0,44

6 передача:

P_кр= 7,4 кН; V_д = 6,5 м/с; N_кр= 48,1 кВт; η = 0,37;

7 передача:

P_кр= 6,3 кН; V_д = 6,4 м/с; N_кр= 40,3 кВт; η = 0,31

8 передача:

P_кр= 4 кН; V_д = 7,5 м/с; N_кр= 30 кВт; η = 0,23

- минимальное значение коэффициента загрузки трактора на рабочих передачах составляет 1,2…1,8 и определяется по тяговой характеристике коэффициентом запаса тягового усилия, который представляет собой отношение максимального тягового усилия к номинальному;

- диапазоны по силе тяги между рабочими передачами располагаются между вертикалями, проведенными через вершины N_{кp макс} на каждой передаче: например между первой и второй.

2 ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

2.1 Определение коэффициента полезного действия трансмиссии автомобиля

Определить коэффициенты полезного действия на всех передачах:

η_т = η^m_ц · η_к · η_кп (15)

η_т =0,99²∙0,98=0,94

где η_кп - КПД карданной передачи, равной 0,99...0,98 в зависимости от угла между валами;

m - число пар цилиндрических шестерен и ЭПР, работающих в трансмиссии на данной передаче.

Результаты анализа трансмиссии автомобиля заносятся в таблице 2.1

Таблица 2.1- Характеристика трансмиссии автомобиля по передачам

Передача	Шестерни, передающие вращающий момент	m	n	iт	ηт
1	4-8-1-5-11-12	2	1	44,26	0,94
2	4-8-2-6-11-12	2	1	21,10	0,94
3	4-8-3-7-11-12	2	1	11,68	0,94
4	4-С-11-12	1	1	6,83	0,965
5	11-12	0	1	6,83	0,98

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема трансмиссии автомобиля ГАЗ-3307.

2.2 Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Построение внешней скоростной характеристики двигателя (рисунок 2.2) производится по экспериментальным данным. Крутящий момент двигателя при этом определяется по формуле (4).

М_к.н= 9550∙27/1000=257,9Нм

Результаты расчетов занесены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Скоростная характеристика автомобильного двигателя

	Частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин
	1000	1400	1800	2200	2600	3000	3200
Nе, кВт	27	40,5	52,9	65,4	75,3	83,1	84,6
Mк, Нм	257,9	276,3	280,7	283,8	276,5	264,5	252,5
G т	9,5	14,2	18,0	21,4	24,5	27,0	28,3

По данным таблицы 2.2. на миллиметровой бумаге строим график внешней скоростной характеристики двигателя (рисунок 2.2).

2.3 Методика определения данных для построения динамической характеристики автомобиля

На внешней скоростной характеристике двигателя выбираем семь значений крутящего момента и соответствующие им частоты вращения коленчатого вала двигателя (см.рисунок 2.2), значения которых заносим в таблицу 2.2. Для каждого режима работы двигателя на каждой передаче определяем:

- касательная сила тяги:

P_к=M_дв·i_т·η_т·10^-3/R_к,кН (16)

P_к=257,9∙44,26∙0,94∙10³/0,47=22,83кН где R_к - динамический радиус колес, определяется исходя из размеров шин с учетом коэффициента деформации шин, равного 0,47 или по справочным данным автомобиля, например:

R_к-=0,0254(d/2+0,8B),м (17)

где d - посадочный диаметр обода колеса, дюймы;

В - ширина профиля шин, дюймы;

- скорость движения автомобиля:

V_а=0,105·R_к•n/i_т,м/с (18)

V_а=0,105∙0,47∙1000/44,26=0,95м/с

- сила сопротивления воздуха:

P_W=k·F·V_a²·10^-3,кН (19)

P_W=0,5∙3,6∙0,95²/1000=0,0019кН

где к =0,50...0,65 - коэффициент обтекаемости (коэффициент сопротивления воздуха), Н-с /м⁴ (приложение 7);

F=3,6 - площадь лобового сопротивления, м² (приложение 6).

Произведение k∙F называется фактором сопротивления воздуха;

- избыточная сила тяги автомобиля:

P_к-P_W,kH (20)

P_к-P_W=22,83-0,0019=22,83

- динамический фактор автомобиля:

D=(P_K-P_W)/G_а (21)

D=22,83/48,75=0,70

где G_a –сила тяжести автомобиля с грузом, кН.

G_a=3250∙1,5∙10/1000=48,75кН

Результаты расчетов по приведенным формулам заносены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3- Расчетные параметры работы автомобиля по передачам

№ № передач	Показатели работы автомобиля	Показатели работы двигателя
		1000	1400	1800	2200	2600	3000	3200
		257,9	276,3	280,7	283,8	276,5	264,5	252,5
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I iтр=44,26	Pк, кН	22,83	24,46	24,85	25,12	24,48	23,41	22,35
	Va, м/с	0,95	1,33	1,71	2,09	2,47	2,85	3,04
	PW, кН	0,0019	0,0038	0,0063	0,0094	0,013	0,0176	0,02
	Pк-PW, кН	22,83	24,46	24,84	25,11	24,47	23,49	22,33
	D	0,70	0,75	0,76	0,77	0,75	0,72	0,69
II iтр=21,10	Pк, кН	10,88	11,66	11,85	11,98	11,67	11,16	10,66
	Va, м/с	1,99	2,79	3,58	4,38	5,18	5,97	6,37
	PW, кН	0,0086	0,0168	0,028	0,042	0,058	0,77	0,088
	Pк-PW, кН	10,87	11,64	11,82	11,94	11,61	11,08	10,07
	D,	0,33	0,36	0,36	0,37	0,36	0,34	0,31

Продолжение таблицы 2.3

1	2	3	4	5	6	7	8	9
III iтр=11,68	Pк, кН	6,03	6,046	6,56	6,63	6,46	6,18	5,9
	Va, м/с	3,6	5,03	6,47	7,91	9,35	10,79	11,51
	PW, кН	0,028	0,055	0,091	0,135	0,189	0,251	0,286
	Pк-PW, кН	6,0	6,4	6,47	6,45	6,27	5,93	5,62
	D,	0,184	0,196	0,199	0,198	0,193	0,182	0,173
IV iтр=6,83	Pк, кН	3,62	3,87	3,94	3,98	3,88	3,71	3,54
	Va, м/с	6,15	8,61	11,1	13,53	15,99	18,45	19,68
	PW, кН	0,082	0,160	0,266	0,395	0,552	0,735	0,837
	Pк-PW, кН	3,54	3,71	3,68	3,59	3,33	2,98	2,7
	D,	0,109	0,114	0,113	0,110	0,102	0,092	0,083
V iтр=6,83	Pк, кН	3,67	3,93	4,0	4,04	3,94	3,77	3,6
	Va, м/с	6,15	8,61	11,1	13,53	15,99	18,45	19,68
	PW, кН	0,082	0,160	0,266	0,395	0,552	0,735	0,837
	Pк-PW, кН	3,59	3,77	3,74	3,65	3,39	3,04	2,76
	D,	0,111	0,116	0,115	0,112	0,104	0,094	0,085

По данным таблицы 2.3. строим график динамической характеристики автомобиля (рисунок 2.3).

2.4 Анализ динамической характеристики автомобиля

Пользуясь графиком динамической характеристики дается краткий ана­лиз динамических качеств автомобиля по передачам. При этом определяется:

- максимальная и средняя эксплуатационная скорость движения автомобиля на дороге с коэффициентом суммарного сопротивления ψ = 0,5 составляет V_макс= 19,68м/с, V_ср= 8,5м/с;

- максимальный динамический фактор при движении автомобиля на каждой передаче составляет на первой передаче 0,77, на второй 0,37, на третей 0,199; на четвертой 0,144 ; на пятой 0,116;

- критическая скорость движения автомобиля на первой передачеV_кр=3,04м/с, на второй V_кр=6,37м/с, на третей V_кр=11,51м/с.; на четвёртой 19,68 м/с; на пятой 19,68м/с;

3 УСТОЙЧИВОСТИ ТРАКТОРА И АВТОМОБИЛЯ

3.1 Расчетные схемы

Расчетные схемы для неподвижно стоящих трактора и автомобиля на уклоне, подъеме на наклоне вправо и влево изображены на рисунке 3.1. Ширину колеи, базу и координаты центра тяжести берем из технической характеристики машин (приложения 4, 6).

Для трактора Т-150К:

База 2860 мм

Колея 1680/1860 мм

Расстояние по горизонтали от центра

тяжести до оси ведущих колес 1820 мм

Высота центра тяжести над уровнем почвы 966 мм

Для автомобиля ГАЗ-3307:

База автомобиля 3700 мм

Ширина колеи передних колес 1630 мм

Ширина колеи задних колес 1690 мм

Расстояние по горизонтали от задней

оси до центра тяжести 1750 мм

Высота центра тяжести над опорной

поверхностью 820 мм

3.2 Определение углов продольной и поперечной статистической устойчивости трактора и автомобиля.

Устойчивость тракторов и автомобилей характеризуется их способностью работать на продольных и поперечных уклонах без опрокидывания. В связи с этим различают продольную и поперечную устойчивость тракторов и автомобилей.

Наибольший угол подъема, на котором трактор или автомобиль может стоять без опрокидывания, назовем предельным статическим углом подъема и обозначим его Схема внешних сил и моментов, действующих в этом случае на колесный трактор, показана на рисунке 3.1.

Предельный статический угол подъема для автомобиля определяется по формуле:

tg = а / h_{ц.т. ,} (22)

где а и h_ц.т. — соответственно продольная и вертикальная координаты центра тяжести трактора.

tg = 1750/820=2,14

= 65⁰

Предельный статический угол уклона для автомобиля определяется по формуле:

tg = (L – а) / h_{ц.т. ,} (23)

где L – база автомобиля;

tg = (3700-1750)/820=2,38

=67⁰

Предельный статический угол подъема для колесного трактора определяется по формуле:

tg = а₀ / h_{ц.т. ,} (24)

где а₀ - продольное расстояние от центра тяжести трактора до центра ведущих колес;

tg = 1820 /966 = 1,88

= 62⁰

Предельный статический угол уклона для гусеничного трактора определяется по формуле:

tg = (L - а₀) / h_{ц.т. ,} (25)

tg = (2860-1820) / 966 = 1,07

= 47⁰

Предельным статическим углом поперечного уклона назовем наибольший угол уклона, на котором трактор или автомобиль может стоять, не опрокидываясь набок и не сползая вниз. Угол поперечного уклона, на котором машина начинает опрокидываться, обозначим .

Предельный статический угол поперечного уклона для автомобиля определяется по формуле:

tg= 0,5B/ h_{ц.т. ,} (26)

где В — ширина колеи колес автомобиля

Для передних колес:

tg= 0,5 1630/ 820 = 0,993

= 45⁰

Для задних колес:

tg= 0,5 1690/820 = 1,03

= 46⁰

Предельный статический угол поперечного уклона для гусеничного трактора определяется по формуле:

tg= 0,5 (B +b) / h_{ц.т. ,} (27)

где b – ширина гусениц;

В – ширина колеи трактора

tg= 0,5 1680 / 966 = 0,869

= 41⁰

3.3 Сравнение полученных углов устойчивости с углами «трения» в продольном и поперечном направлениях и заключение о безопасности работы на данных машинах с точки зрения возможного опрокидывания.

Центр тяжести автомобилей находится приблизительно посредине продольной базы, поэтому у них значения предельных статических углов подъема и уклона почти одинаковы, они не меньше 60⁰. Для колесных тракторов предельные статические углы продольной устойчивости находятся в пределах 45…65⁰.

Предельные статистические углы поперечного уклона и подъема для колесного трактора находятся в пределах 40…50⁰, а для автомобиля больше 45⁰.

Если статические углы подъема и уклона трактора больше значений, определяемых формулами (24), (25), то аварийного опрокидывания не произойдет.

На боковую устойчивость могут также влиять динамические явления, возникающие при внезапном падении элементов ходовых органов в канаву или расположенную ниже террасу, при быстром наезде движителей на какой-либо выступ или при совместном действии обоих факторов. По имеющимся данным боковое опрокидывание трактора часто возникает из-за микронеровностей поверхности пути.

Учитывая рассчитанные углы продольной и поперечной устойчивости, автомобиль ГАЗ-3307 является устойчивым против опрокидывания в бок, при действии на него боковой силы. Опрокидывание автомобиля вперед или назад в практике встречается редко, так как база автомобиля всегда больше колеи и, следовательно, его продольная устойчивость превышает поперечную.

Чтобы предотвратить опрокидывание, водитель всегда должен управлять автомобилем так, чтобы, не допускать чрезмерного возрастания боковых сил и сохранять достаточный запас силы сцепления колес с дорогой. Для этого следует избегать крутых поворотов на большой скорости, резкого торможения, соблюдать осторожность на скользкой дороге и при наличии поперечного наклона полотна дороги и т. д.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Агропромиздат. 1986. -383с.

2. Гуськов В.В. Тракторы. Теория. - М.: Машиностроение, 1988.

3. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Колос. 1972. -384с.

4. Тракторы и автомобили. Под. ред. В.А. Скотникова. - М: Агропромиздат. 1986-383с.

5. Стандарт предприятия. Проекты (работы) курсовые и дипломные. Общие требования к оформлению. СТП ЧГАУ 2-96. Челябинск, 1996.

6. Методические указания к выполнению курсовой работы по темам:

«Расчет, построение и анализ тяговой характеристики трактора», «Расчет, построение и анализ динамической характеристики автомобиля», «Определение углов статической устойчивости трактора и автомобиля»., Челябинск • 2010.