1. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА

Расчет тяговых показателей трактора производится с учетом назначения и места, занимаемого трактором в типаже сельскохозяйственных тракторов, принятом постоянной комиссией СЭВ.

При этом должно учитываться выполнение всех основных видов работ данной зоны, соответствующих его тяговому классу и некоторой части работ, относящихся к тяговой зоне соседнего с ним предыдущего класса.

Для более полного и эффективного использования тяговых показателей трактора необходимо учитывать взаимосвязь и размеры основных параметров трактора — тяговые усилия, массу, мощность тракторного двигателя и основную рабочую скорость движения.

Инженерные онлайн вычисления по техническим дисциплинам

1.1. Тяговый диапазон трактора

Тяговый диапазон трактора определяется по формуле:

где Р_н и Р^г_н— соответственно номинальная сила тяги (по заданию) и сила тяги трактора предыдущего класса;

ε — коэффициент расширения тяговой зоны трактора, рекомендуемый в среднем 1,3.

Для тракторов класса тяги 0,2 ... 0,6 тяговый диапазон можно принять δ=2.

Зная тяговый диапазон и номинальную силу тяги трактора, можно определить его минимальную силу тяги из соотношения

откуда .

1.2. Масса трактора

Масса трактора оценивается его состоянием. Если трактор не имеет заправочных материалов, балласта и тракториста, то такая масса называется конструктивной (т_к). Полностью заправленный трактор с трактористом и балластом будет иметь массу эксплуатационную (т_э).

Эксплуатационную массу колесного трактора можно определить из следующих условий:

(условия по сцеплению),

(условия по типажу)

откуда . При условии равенства будем иметь

,

где Р_н — номинальная сила тяги трактора по типажу, Н;

φ_доп — допустимая величина коэффициента использования сцепного веса трактора; для колесных тракторов принимается 0,5—0,65; для гусеничных — 0,55—0,65;

λ_к — коэффициент нагрузки на ведущие колеса трактора; принимается для тракторов: с колесной схемой 4X2—0,75—0,8; для колесных 4X4 и гусеничных λ_к = 1;

f — коэффициент сопротивления качению; для колесных тракторов можно принять 0,12, для гусеничных — 0,08.

Применительно к гусеничным тракторам и колесным со схемой 4X4 эксплуатационная масса (т_э) может быть определена по формуле , конструктивная масса -

,

где т_в —масса воды;

m_rсм — масса горюче-смазочных материалов;

т_ч — масса инструмента и запасных частей;

т_б — масса балласта;

т_тр —масса тракториста.

Для большинства сельскохозяйственных тракторов эксплуатационную массу можно определить по следующему выражению:

т_э= (1,07—1,1)т_к.

1.3. Расчет номинальной мощности двигателя

Расчет номинальной мощности двигателя производится с учетом номинального тягового усилия трактора, силы сопротивления качению, массы трактора, потерь на трение в трансмиссии и необходимого запаса мощности двигателя.

Учитывая вышеизложенное, номинальная мощность двигателя определяется по формуле:

, кВт

где Р_Н и V_Н1 — соответственно номинальное тяговое усилие (Н) и расчетная скорость движения на низшей рабочей передаче при номинальной силе, тяги, км/ч (по заданию);

т_э — эксплуатационная масса трактора (кг);

g — ускорение свободного падения (м/с²);

η_тр — к. п. д., учитывающий потери мощности в трансмиссии и определяемый по формуле

,

где η_ц и η_к — соответственно к. п. д. цилиндрической и конической пары шестерен. Принимаются равными η_ц = 0,985 и η_к = 0,975;

η_х — к. п. д., учитывающий потери мощности на холостом ходу; принимается η_х = 0,96;

n и n₁ — степенные показатели числа пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче;

x_э — коэффициент эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя — 0,85.

1.4. Расчет основных рабочих скоростей трактора

Для расчета ряда основных рабочих скоростей трактора определяется диапазон скоростей, который характеризуется отношением высшей рабочей скорости к скорости на первой передаче

,

где V_н1 - расчетная скорость на первой передаче (по заданию) принимается в км/ч;

V_z - высшая рабочая скорость, которую необходимо определить.

Величина скоростного диапазона подсчитывается по формуле

,

где γ_допmin — коэффициент, допустимой минимальной загрузки двигателя. Рекомендуется принимать равным 0,85.

Для расчета высшей и промежуточных скоростей необходимо определить знаменатель геометрической прогрессии — q.

Зная, что , можно получить

V₂=V₁·q; V₃=V₂ ·q=V₁ ·q²; V₄=V₁ ·q³; …V_Z=V₁ ·q^z-1;

отсюда

.

Определив знаменатель геометрической прогрессии, подсчитывают скорости V₂, V₃, V₄ … V_Z.

Высшая транспортная скорость в геометрическую прогрессию не входит. Промежуточную транспортную скорость определяют как среднюю геометрическую величину между высшей транспортной и высшей скоростью основного ряда по формуле:

V_{mp 2} = или V_{тр 2} = 0,2 (V_{mр max}+Vz).

Если предусматривается использование трактора для посадочных работ, тогда скорость его движения может быть определена по формуле:

, км/ч

где l_гн — расстояние между посадочными гнездами, м;

х - число растений, которые рабочий успевает подавать в машину за 1 минуту.

Для получения особо низких скоростей в трансмиссию трактора устанавливается специальный ходоуменьшитель. Величина этих скоростей принимается согласно технологическому процессу.

Окончательный ряд скоростей корректируется в соответствии с практическими возможностями подбора чисел зубьев шестерен коробки передач проектируемого трактора.

1.5. Расчет передаточных чисел трансмиссии и коробки

Передаточное число трансмиссии колесного трактора на первой передаче определяется по формуле:

,

где n_H — номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин ^-1;

r_К — радиус качения ведущего колеса трактора, м;

V_Н1 — скорость движения трактора на 1-й расчетной передаче, согласно заданию, км/ч.

Радиус качения ведущего колеса подсчитывается по формуле

r_К = 25,4·10^-3 [0,5d+(0,8... 0,85)b], м

где d — наружный диаметр обода колеса, на который монтируется шина, в дюймах;

b — ширина профиля шины, в дюймах;

(0,8... 0,85) — коэффициент деформации шины ведущего колеса.

Размеры шин подбираются по таблице 5 в зависимости от нагрузки на одно ведущее колесо трактора.

Для гусеничного трактора передаточное число на первой передаче соответственно определяется по формуле:

,

где r_HO—радиус начальной окружности ведущей звездочки, который подсчитывается по формуле:

,

где l_ЗВ —фактическая длина одного звена гусеницы, м;

z — число активно действующих зубьев звездочки за один оборот.

Остальные передаточные числа трансмиссии подсчитываются по формуле:

и т.д.,

где q — знаменатель геометрической прогрессии.

Зная расчетные общие передаточные числа трансмиссии на каждой передаче – i_тр и передаточные числа шестерен с постоянным зацеплением трактора-прототипа t₀, определяют передаточные числа коробки перемены передач по формуле:

; ; и т.д.,

где i₀ - передаточное число шестерен с постоянным зацеплением прототипа.

,

где i_пц — передаточное число центральной передачи; i_кп — передаточное число конечной передачи.

Далее приводится схема коробки передач, на которой указывается какие шестерни находятся в зацеплении на каждой передаче и подбираются для них числа зубьев в соответствии с требуемыми передаточными числами. При необходимости округления дробных значений чисел зубьев шестерен действительные передаточные числа коробки передачи могут отличаться от расчетных. В этом случае соответственно вносятся изменения в общие передаточные числа трансмиссии и в расчетные скорости движения трактора.

Номер шестерни	1				2			3 и т.д.
число зубьев
передачи	основные						транспортные		центральная передача	конечная передача
	I	II	III	IV		V	I	II
Шестерни в зацеплении
Передаточные числа трансмиссии
Теоретические скорости движения, км/ч

Подсчитанные числа зубьев шестерен трансмиссии и уточненные значения передаточных чисел i_тр и скоростей движения V для всех основных и транспортных расчетных передач вносятся в таблицу 1. Таблица 1

Инженерные онлайн вычисления по техническим дисциплинам

1.6. Показатели энергонасыщенности и металлоемкости трактора

Энергонасыщенность и металлоемкость являются важными параметрами, характеризующими уровень технического совершенства в области тракторостроения. Рациональное использование металла является проблемой народно-хозяйственного значения. С повышением энергонасыщенности трактора увеличивается возможность повышения производительности труда без существенного увеличения дорогостоящего металла.

Энергонасыщенность трактора характеризуется отношением номинальной мощности тракторного двигателя к эксплуатационной массе трактора. Величину энергонасыщенности определяют по формуле:

, кВт/т

Металлоемкость трактора характеризуется отношением (т_к) конструктивной массы к номинальной мощности (N_eн) двигателя. Этот показатель по мере совершенствования конструкций тракторов и повышения их энергонасыщенности непрерывно снижается. Снижение металлоемкости не должно ухудшать сцепных свойств трактора и понижать его надежность в работе. Величину металлоемкости определяют по формуле:

, кг/кВт

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Регуляторная скоростная характеристика двигателя в функции от частоты вращения коленчатого вала

Регуляторная характеристика тракторного двигателя показывает изменение эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, крутящего момента, удельного и часового расходов топлива в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Расчет и построение регуляторной характеристики двигателя в функции от скоростного режима рекомендуется вести в следующем порядке

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

, кВт

где n_e и п_H — текущее и номинальное значение частот вращения коленчатого вала двигателя;

c₁ = 0,5; c₂= 1,5 — для дизелей с непосредственным впрыском топлива;

c₁ = 0,7; с₂=1,3 —для дизелей с вихрекамерным смесеобразованием.

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

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

, мин^-1,

где δ_Р — коэффициент неравномерности регулятора: для современных тракторных двигателей принимают δ_р= 0,07... 0,08.

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

, Нм,

где , с^-1;

n_i — частота вращения коленчатого вала соответственно мощности двигателя N_еi.

4. По удельному расходу g_ен топлива при номинальной мощности двигателя определяют максимальный часовой расход топлива по формуле:

, кг/ч.

5. Для холостого хода двигателя принимают:

G_{T x}= (0,25... 0,3) G_{T max}, кг/ч.

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

6. По часовому расходу топлива и соответствующей мощности двигателя на регуляторном участке, определяют удельный, расход топлива по формуле:

,

Кривая удельного расхода топлива поднимается вверх по мере снижения нагрузки двигателя.

7. Удельный расход топлива на безрегуляторной ветви при максимальном крутящем моменте двигателя принимают на 15—20% больше, чем при номинальной мощности. Промежуточные точки удельного расхода топлива можно принимать аналогично опытным данным соответствующих двигателей.

8. Зная удельный расход топлива на безрегуляторной ветви, определяют соответствующий часовой расход топлива G_тi по формуле:

кг/ч.

Результаты расчетов показателей работы двигателя заносят в сводную таблицу 2 для построения регуляторной характеристики.

Таблица 2

n, мин^-1

Ne, кВт

Мкр, Нм

GТ, кг/ч

Gк, г/кВт·ч

Пользуясь полученными расчетными данными, строят график регуляторной скоростной характеристики дизельного тракторного двигателя в функции от частоты вращения коленчатого вала.

На рис. 1 приведен общий вид скоростной регуляторной характеристики, показывающей характер изменения

М_кр, N_e, G_T. g_e=f(n).

Рис. 1

2.2. Нагрузочная характеристика двигателя в функции от эффективной мощности

Исходными данными для построения нагрузочной характеристики являются также расчетные данные таблицы 2.

Примерная нагрузочная характеристика показателей М_кр, n, G_T, g_e=f(N_e) представлена на рис.2, которая дает более полное представление о показателях работы двигателя в регуляторной зоне – в пределах работы регулятора, что используется при оценке работы комплекса сельскохозяйственных машин с данным типом трактора.

Рис. 2

Нерегуляторная зона в пределах от М_{кр н} до М_{кр max} характеризует работу двигателя при воздействии на его показатели корректирующего устройства в период кратковременных перегрузок. Для повышения эффективности работы машинно-тракторного парка следует стремиться к тому, чтобы средняя эксплуатационная загрузка двигателя была по возможности выше в пределах регуляторной зоны, но не более 95% от максимальной мощности двигателя.

3. 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 топливно-экономических показателях на различных режимах его работы.

Теоретическая тяговая характеристика трактора (рис. 3) состоит из двух частей — нижней и верхней. Нижняя часть графика имеет

Рис. 3

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 расчет и графическое построение теоретической тяговой характеристики трактора производится в следующей последовательности: на листе чертежной или миллиметровой бумаги размером 594X420 мм наносятся на нижней части листа (рис. 3) оси координат с повернутой, осью ординат вниз. Затем по оси абсцисс от начала координат 0^/ в принятом масштабе откладывается для каждой передачи максимальная касательная сила тяги, подсчитанная по формуле:

и номинальная

,

где М_{кр max} —максимальный крутящий момент двигателя (табл. 2);

М_{кр н} — крутящий момент двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала (табл. 2);

i_{тр i}— передаточное число трансмиссии;

η_{тр i} — к. п. д., учитывающий потери мощности в трансмиссии.

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_{кр mах} 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 расчетом, чтобы графики в регуляторной зоне не пересекались.

Далее с учетом количества передач и соответствующих
крутящих моментов строится график показателей работы двигателя.

N_e, G_Т, n=f{M_кр).

При этом образуются пучки кривых N_e с общим центром в точке О', кривые G_T с общим центром в точке G_TX и пучок кривых п с общим центром в точке п_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_{кр н} до М_{кр max} для каждой передачи, строятся по расчетным точкам регуляторной характеристики (см. табл. 2, с. 18). Нанесенные кривые на график регуляторной характеристики для каждой передачи должны заканчиваться при максимальных значениях крутящих моментов, М_{кр max}.

Примером построения нагрузочной характеристики двигателя в функции от крутящего момента может служить нижняя часть теоретической тяговой характеристики трактора (рис. 3). Следует учесть, что в зоне перегрузок от M_{кр н} до М_{кр mах} кривые N_e, G_Т, п 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:

Р_f=f*G,

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 точка О будет являться началом координат непосредственно тяговой характеристики трактора. По оси абсцисс в масштабе касательной силы от точки О отсчитывается сила тяги на крюке трактора, определяемая по формуле Р_кр=Р_к—P_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 подсчитана по эмпирической формуле:

,

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

.

Для гусеничных тракторов и колесных со всеми ведущими колесами λ_п=l, поэтому величина относительной силы тяги будет определяться по формуле:

.

Безразмерные коэффициенты а, b, с зависят от типа трактора и почвенных условий. Для колесных тракторов принимают: а=0,13; b=0,013; с=8. Для гусеничных тракторов: а = 0,04; b = 4,0; с=8. Для ориентировочных расчетов величина буксования в пределах до максимальной мощности двигателя имеет линейную величину прямо-пропорциональную тяговой нагрузке трактора.

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

где r_к —радиус качения ведущего колеса (звездочки);

n_Д —частота вращения коленчатого вала двигателя в минуту.

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

V_p=V_Т (l—δ)= 0,377(1-δ)

По формуле N_кр= для каждой передачи определяют мощность на крюке трактора (кВт).

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

где G_{r i} — соответствующий часовой расход топлива по нижней, части графика регуляторной характеристики двигателя, кг/ч.

Условный тяговый к. п. д. трактора подсчитывается по формуле:

,

где N_KP и N_e — определяются по графику рис. 3.

Проверку η_ту производят по формуле:

η_ту=η_тр·η_f·η_б.

Если расчет по двум формулам произведен правильно, то результаты расчетов должны совпадать или быть близкими.

Для построения теоретической тяговой характеристики трактора полученные расчетные тяговые показатели для каждой передачи заносятся в таблицу по следующей форме.

Передача

Расчетная точка

Ne, кВт

nД, мин^-1

GT, кг/ч

Рн, кН

Ркр, кН

VI, км/ч

Nкр, кВт

Gкр, г/кВт ч

δ, %

ηту

ηтр ηf ηб

I

1 2 3 и т.д

II

1 2 3 и т.д

После построения графика тяговой характеристики трактора составляется баланс, мощности трактора для установившегося движения.

Мощность на крюке трактора и значения δ, V, G, Р_к берутся из графика теоретической тяговой характеристики трактора (рис. 3).

В заключение 1-й части курсовой работы следует проанализировать расчетные показатели трактора в целом и сделать краткие выводы сравнительно с прототипом.

Инженерные онлайн вычисления по техническим дисциплинам

II часть КУРСОВОЙ РАБОТЫ-АВТОМОБИЛИ

1 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Мощность N_e двигателя, необходимую для движения полностью нагруженного автомобиля с установившейся максимальной скоростью V_mах в заданных дорожных условиях, определяют по формуле:

,

где G — сила тяжести автомобиля с грузом, Н;

V_max — максимальная скорость движения автомобиля на прямой передаче в заданных дорожных условиях, км/ч;

Ψ — приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

К — коэффициент обтекаемости автомобиля. Для грузовых машин принимают 0,6... 0,75, кг/м³;

F — площадь лобового сопротивления автомобиля, которая подсчитывается по формуле:

F=H*B, м²;

Н — габаритная высота автомобиля, м;

В — колея, м;

η_тр — механический к. л. д. трансмиссии принимают для режима максимальной скорости равным 0,85... 0,90.

При проектировании для обеспечения необходимого динамического фактора в области средних эксплуатационных скоростей движения определяют максимальную мощность Двигателя по формуле:

.

Частота коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности, определяется коэффициентом оборотности двигателя η_п, равным отношению частоты вращения коленчатого вала двигателя к соответствующей скорости движения автомобиля.

, отсюда .

Для грузовых автомобилей коэффициент оборотности η_п принимают равным в пределах 30-40 в соответствии с прототипом автомобиля и расчетной максимальной мощностью двигателя.

2. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

С некоторой долей погрешности внешняя скоростная характеристика может быть определена и построена для карбюраторных четырехтактных двигателей на основании следующих данных:

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин^-1
ge, %	110	100	95	95	100	115
ge, г/кВт ч
Ne , кВт

Для дизельных автомобильных четырехтактных двигателей с ограничителем зависимость эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала в процентах принимают:

n, %	20	40	60	80	100	110
n, мин^-1
Ne, %	17	41	67	87	100	0
Ne , кВт

Таким образом, получив в результате расчета N_{e max} и n_max и приняв их за 100%, можем рассчитать и графически построить внешнюю скоростную характеристику для двигателя проектируемого автомобиля.

На график также наносится кривая крутящего момента двигателя, каждая точка которой определяется по формуле:

, Нм

Кривая удельного расхода топлива для двигателя строится на основании следующих данных:

За 100% удельного расхода топлива при 100% п следует принять для карбюраторного двигателя со степенью сжатия 6,5... 7 и 305 ... 325 г/кВт ч, для дизельных двигателей 240 ... 250 г/кВт-ч. .

Часовой расход топлива для каждого значения частоты вращения коленчатого вала двигателя подсчитывается по формуле:

G_Т=g_eN_e ·l0^-3, кг/ч

и также наносится на график скоростной характеристики (рис. 4).

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Пользуясь выражением для определения теоретической скорости движения автомобиля V=0,377, можно найти передаточное число главной передачи автомобиля. При движении

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин^-1
Ne, %	20	50	73	92	100	92
Ne , кВт

автомобиля на прямой передаче передаточное число коробки передач i_к=l, а скорость движения V будет максимальной, тогда i_o=,

где n_V — частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля на прямой передаче;

r_к —расчетный радиус ведущих колес автомобиля в м; при выполнении расчетов можно принять среднюю величину динамического радиуса постоянной и выразить ее в зависимости от радиуса шины в свободном состоянии r_к = λ r_о,

где λ — коэффициент деформации шины, для шин грузовых автомобилей принимают равным 0,93 ...0,935.

Рис.4

Радиус шины в свободном состоянии подсчитывается как

r₀ = 0,0254 (0,5d+b), м,

где d— диаметр обода колеса в дюймах;

b — высота профиля покрышки в дюймах.

Маркировка и размер шин для грузовых автомобилей, применяющихся в сельском хозяйстве, в зависимости от нагрузки и давления воздуха в шине приведена в таблице 5 методических указаний по курсу «Тракторы и автомобили».

4. ПОДБОР ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ

Для определения передаточных чисел коробки передач, вначале определяют передаточное число на первой, самой низкой передаче.

Передаточное число первой передачи должно удовлетворять условию обеспечения преодоления наибольшего дорожного сопротивления движению автомобиля. Максимальное значение касательной силы тяги Р_{к mах} будет равно максимальному сопротивлению движения

.

Отсюда передаточное число коробки передач на первой передаче

где G_a — сила тяжести автомобиля, Н;

ψ_mах — приведенный максимальный коэффициент дорожного сопротивления;

r_к — расчетный радиус качения ведущих колес, м;

М_{кр max} — максимальный крутящий момент двигателя по внешней скоростной характеристике, Нм;

η_тр — к. п. д. трансмиссии на первой, передаче;

i₀ — передаточное число главной передачи.

Зная передаточное число 1-й ступени коробки передач, переходят к определению передаточных чисел на промежуточных передачах.

Если исходить из условия сохранения постоянного интервала изменения чисел оборотов коленчатого вала двигателя, при разгоне на различных передачах, что обусловливает наибольшую производительность и экономичность автомобиля, то получим ряд передаточных чисел, подчиняющихся закону геометрической прогрессии:

откуда ,

отсюда знаменатель геометрической прогрессии

.

В частном случае, когда высшая передача является прямой

(i_z = l), тогда ,

где z — заданное число передач коробки.

Зная передаточное число первой передачи, остальные передаточные числа коробки передач могут быть найдены по следующим формулам:

Передача	Коробка передач
	трехступенчатая	четырехступенчатая	пятиступенчатая
Первая Вторая Третья Четвертая Пятая	i1 1 - -	i1 1 -	i1 1

Зная передаточные числа коробки передач и главной передачи, определяют передаточные числа трансмиссии i_тр=i_кi₀, а затем и скорость движения автомобиля при постоянной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

5. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

Динамической характеристикой автомобиля называют графически выраженную зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Как известно, динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы к силе тяжести автомобиля:

,

где Р_к— касательная сила тяги автомобиля;

Р_в— сила сопротивления воздуха;

G_а — сила тяжести автомобиля с грузом.

Величина динамического фактора зависит от характера протекания кривой крутящего момента двигателя, передаточного числа трансмиссии, скорости движения автомобиля и его массы.

С целью получения данных для построения динамической характеристики автомобиля проводят ряд расчетов в следующей последовательности:

1. Задаются рядом значений частот вращения коленчатого вала —20, 40, 60, 80 и 100, 120% от n_Nemax,

2. Для выбранных частот вращения коленчатого вала двигателя подсчитывают величины скоростей автомобиля на каждой передаче по формуле:

V=0,377 , км/ч.

3. Определяют величину касательной силы тяги по передачам

, Н

Величину М_кр при каждом значении частоты вращения коленчатого вала, определяют по ранее построенной внешней скоростной характеристике двигателя.

4. Подсчитываются значения силы сопротивления воздуха для скоростей движения автомобиля, соответствующих исходным значениям частоты вращения коленчатого вала двигателя по формуле:

, Н.

5. Определяют величину динамического фактора для каждой скорости на всех передачах по формуле:

.

6. Полученные данные заносят в таблицу:

Передача

V, км/ч

nV, мин^-1

Мкр, Н м

Рк, Н

Рв, Н

D

7. По расчетным данным строят кривые динамического фактора для каждой передачи, рис. 5.

Рис. 5.

8. По динамической характеристике автомобиля следует определить:

— максимальную скорость движения на прямой передаче по горизонтальному асфальтированному шоссе;

— максимальный динамический фактор на высшей и низшей передачах;

— величину максимально-возможного подъема автомобиля в градусах на высшей и низшей передачах при движении по асфальтированному шоссе и cyxoй грунтовой дороге.

6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ

Топливную экономичность автомобиля принято оценивать расходом топлива в литрах на 100 км пройденного пути.

Если известен часовой расход топлива двигателя — G_T кг/ч и скорость движения автомобиля V км/ч, то расход Q_s топлива в литрах на 100 км пробега выразится в виде следующей зависимости:

, л/100км

где g_e — удельный расход топлива, г/кВт ч;

N_e — мощность двигателя, потребная для движения автомобиля в заданных условиях, кВт;

γ_т — плотность топлива, кг/л; для бензина γ_t=0,725 кг /л; для дизельного топлива γ_т = 0,825 кг/л.

Эффективная мощность двигателя N_e, потребная для движения автомобиля в заданных дорожных условиях определяется по формуле:

,

где ψ - приведенный коэффициент дорожного сопротивления;

G_a — сила тяжести автомобиля, Н;

η_тр — к. п. д. трансмиссии;

V - скорость движения автомобиля, км/ч;

К и F — соответственно коэффициент обтекаемости и площадь лобовой поверхности автомобиля.

Подставляя значение мощности двигателя в уравнение расхода топлива, получим:

, л/100км

При выполнении работы следует учесть, что удельный расход топлива g_e является величиной переменной, зависящей от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Чтобы учесть это влияние, удельный расход топлива g_e определяют по формуле:

g_e = K_n ·K_n- g_{e (Ne max)},

где g_{s (Ne max)} — удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя по внешней скоростной характеристике, г/кВт-ч;

К_п и K_n — коэффициенты, учитывающие соответственно влияние на удельный расход топлива скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Величина коэффициентов К_п и К_N может быть определена из графиков (рис. 6, а, б), где значение коэффициента К_п дано в функции от отношения текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя при данной скорости движения к частоте вращения вала при максимальной скорости автомобиля; значение коэффициента К_N дано в функции от отношения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений с данной скоростью к мощности двигателя при той же частоте вращения вала по внешней скоростной характеристике. Эта зависимость приведена в виде двух кривых: для карбюраторных автомобильных двигателей, для дизельных двигателей.

Для лучшего представления об экономичности автомобиля строится график, показывающий зависимость расхода топлива автомобиля на 100 км пробега от скорости движения и дорожного сопротивления, эта характеристика носит название экономической характеристики автомобиля.

Обычно теоретическая экономическая характеристика строится для условий равномерного прямолинейного движения автомобиля на разных скоростях в разных дорожных условиях.

Для построения экономической характеристики автомобиля по оси абсцисс откладывают в масштабе скорости движения автомобиля со значениями V=10; 20, 30... км/ч. Для курсовой работы следует принять движение автомобиля на дороге, характеризующейся приведенным коэффициентом дорожного сопротивления движению ψ с полной нагрузкой на прямой передаче.

Рис. 6а

Рис. 6б

Расчет экономической характеристики следует вести в такой последовательности:

1. С учетом данных внешней скоростной характеристики (рис. 4) определяют скорость движения автомобиля на прямой передаче по формуле:

, км/ч

2. По формуле:

определяют мощность двигателя, требуемую для движения автомобиля на разных скоростях на одной из заданных дорог до полной загрузки двигателя.

3. Зная частоту вращения коленчатого вала двигателя для разных скоростей движения автомобиля, определяют отношения согласно которым по графику (рис. 6а) находят значения коэффициентов К_п.

4. По графику внешней скоростной характеристики двигателя для принятых частот вращения коленчатого вала находят значения эффективной мощности N_{e (вн)} и согласно отношению по графику (рис.6б) устанвливают согласно типу двигателя значения коэффициента Кп.

5. По формуле g_e = K_n ·K_n- g_{e (Ne max)} подсчитывают удельный расход топлива для разных скоростей движения автомобиля.

6. Согласно полученным значениям g_e и N_е для разных скоростей движения на прямой передаче автомобиля определяют расход топлива на 100 км пути по формуле:

Q_s=, л/100км.

7. Аналогично производится расчет расхода топлива на 100 км пробега автомобиля для других сопротивлений дорог с учетом коэффициентов сопротивлений.

8. На основании полученных расчетных данных составляется таблица по следующей форме:

ψ

V, км/ч

N, мин^-1

КП

Ne

КN

ge, г/(кВт ч)

QS, л/100км

9. Производят построение экономической характеристики автомобиля для заданных дорожных условий Q_s= f{V) (рис.7).

Рис. 7

По графику экономической характеристики автомобиля производится анализ его работы: определяют наиболее экономичную скорость движения, отмечают участки повышенных расходов топлива в зонах больших и малых скоростей движения, устанавливают максимально возможные скорости движения в зависимости от дорожных сопротивлений

Инженерные онлайн вычисления по техническим дисциплинам