20

міністерство аграрної політики україни

львівський НАЦІОНАЛЬНИЙ аграрний університет

Факультет механіки та Кафедра

енергетики тракторів і автомобілів

ЕнерГетичні засоби апк Методичні рекомендації

для виконання курсової роботи

студентами заочної форм навчання за напрямом підготовки 6.100202 “Процеси, машини та обладнання для агропромислового комплексу”

Львів 2008

Рекомендовано до друку методичною радою факультету заочної освіти Львівського національного аграрного університету

Протокол № 4 від 10 листопада 2008 р.

Укладачі: д.с.-г.н. Росії, доцент Р.С. Шевчук,

к.т.н., доцент О.С. Миронюк,

к.т.н., доцент Р.І. Паславський

Рецензент: к. т. н., доцент кафедри лісових машин і доріг

Українського державного лісотехнічного університету,

О.А. Стиранівський

Відповідальний за випуск: к.т.н., доцент С. Й. Ковалишин

Редактор: Н.В. Скосарьова

Коректор: Д.Б. Дончак

© Львівський національний аграрний університет, 2008

ЗМ І С Т

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ 4

1. Тягово-економічні показники трактора6

1.1. Тяговий розрахунок трактора6

1.1.1. Вибір і обгрунтування вихідних даних 6

1.1.2. Тяговий діапазон трактора 7

1.1.3. Маса трактора 7

1.1.4. Номінальна потужність двигуна 8

1.1.5. Швидкості основого робочого ряду трактора 9

1.1.6. Передатні числа трансмісії 10

1.1.7. Показники енергонасиченості і металомісткості трактора 12

1.2. Регуляторна характеристика дизельного двигуна 12

1.2.1. Регуляторна характеристика дизельного двигуна у функції

від частоти обертання колінчастого вала 12

1.2.2. Регуляторна характеристика дизельного двигуна у функції від крутного моменту 15

1.3. Розрахунок і побудова теоретичної тягової характеристики 17

1.4. Аналіз техніко-економічних показників розрахованого

трактора 26

2. Тягово-економічні показники автомобіля 28

2.1. Вибір і обгрунтування вихідних даних 28

2.2. Потужність двигуна 30

2.3. Зовнішня швидкісна характеристика двигуна 30

2.4. Передатне число головної передачі 34

2.5. Структура передатних чисел КПП 34

2.6. Динамічна характеристика автомобіля 36

2.6.1. Універсальна динамічна характеристика автомобіля 39

2.7. Економічна характеристика автомобіля 42

2.8. Аналіз техніко-економічних показників розрахованого

автомобіля 45

Бібліографічний список 47

Додатки 48

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Основне завдання курсової роботи полягав у систематизації і закріпленні знань студентів з основних питань енергетичних засобів, що мав велике значення у створенні наукових основ для удосконалення експлуатаційних якостей мобільних машин, підвищенні їх ефективності і інтенсифікації використання.

Досягнення стійкого росту сільськогосподарського виробництва, надійне забезпечення держави продуктами харчування і сировиною залежать від стану і використання мобільної енергетики у сільському господарстві, яка безперервно удосконалюється. Тому служба інженерів-механіків аграрного виробництва повинна мати міцні знання в галузі конструкції сучасних і перспективних тракторів та автомобілів, методів їх використання, що забезпечують високу ефективність і економічність.

Курсова робота складається з двох частин.

Під час виконання частини “Тягово-економічні показники трактора” розраховуються його основні параметри, розраховуються і будуються регуляторна характеристика двигуна і теоретична тягова характеристика трактора.

У частині "Тягово-економічні показники автомобіля" передбачається розрахунок його основних параметрів, розрахунок і побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна, динамічної та економічної характеристик автомобіля.

Вихідними даними для розрахунку основних параметрів трактора приймаються: номінальне тягове зусилля, швидкість руху на нижчій робочій передачі та максимальна транспортна швидкість, фон поля, число основних передач, частота обертання колінчастого вала при номінальній потужності двигуна та питома витрата палива. Розрахунок тягово-економічних показників вантажного автомобіля проводиться на основі заданих вантажопідйомності та коефіцієнта її використання, максимальної швидкості руху і числа передач, зведеного коефіцієнта дорожнього опору.

Курсова робота оформляється у вигляді розрахунково-пояснювальної записки, виконаної на стандартних аркушах друкарського паперу і двох листів графічної частини, виконаних на міліметровому папері формату А1.

У випадку багаторазових розрахунків одного і того ж параметра а записці дається приклад розрахунку одного його значення. Результати розрахунків, включаючи і наведений приклад, заносяться у відповідну таблицю. Всі необхідні для розрахунків рівняння і формули записуються у загальному вигляді та нумеруються з розшифруванням їх складових, після чого підставляються необхідні числові значення. Обов'язково вказується розмірність всіх, вихідних і отриманих в результаті розрахунку величин. Коефіцієнти, нормативні параметри тощо повинні супроводжуватись посиланнями на літературні джерела.

Виконується робота згідно з індивідуальним завданням, яке студент отримує на перших заняттях з курсу основ теорії тракторів і автомобілів.

Як курсову роботу можна подати відповідним чином оформлену науково-дослідну роботу студента, виконану з метою підвищення ефективності використання трактора або автомобіля, якщо її обсяг відповідає загальним вимогам до курсової роботи.

Оцінювання якості виконання курсової роботи здійснюється згідно кредитно-модульної системи за стобальною шкалою. Студент подає до захисту виконану курсову роботу в терміни передбачені навчальним планом. Під час захисту для отримання максимальної кількості балів студент повинен надавати повні відповіді з аргументованим поясненням. Структура оцінювання курсової роботи наведена в додатках (табл. В.1). Якщо під час захисту курсової роботи студент отримав менше 60 балів, то робота вважається незахищеною і викладач встановлює термін повторного захисту.

1. Тягово-економічні показники трактора

1. Тяговий розрахунок трактора

Необхідні показники трактора досягаються і ефективно використовуються тільки в тому випадку, коли правильно вибрані основні його параметри - маса, швидкість руху (передатні числа трансмісії) і потужність двигуна. Вказані параметри визначаються у процесі тягового розрахунку, вихідні дані якого вибираються з урахуванням класифікації сільськогосподарських тракторів.

1.1.1. Вибір і обгрунтування вихідних даних

Частина вихідних даних обумовлюється індивідуальним завданням на курсову роботу - прототип трактора; номінальна сила тяги Р_н; фон поля; кількість основних передач z; розрахункова швидкість руху при номінальній силі тяти V_н1; вища транспортна швидкість V_{тр max}; номінальна частота обертання колінчастого вала двигуна n_н; питома витрата палива при номінальній потужності g_ен.

Наприкладзадано згідно індивідуального завдання:

Прототип трактора ХТЗ-16031

Номінальна сила тяги, кН 30

Фон поля зоране поле

Кількість основних передач 4

Розрахункова швидкість руху при номінальній

силі тязі, км/год 7

Номінальна частота обертання колінвала, об/хв 2200

Вища транспортна швидкість, км/год 26

Питома витрата палива при номінальній

потужності, гр/кВт год 255

На основі індивідуального завдання обґрунтовуються і вибираються тип тракторного двигуна, його тактність та спосіб сумішоутворення; тип рушія, яким обладнується трактор та його колісна схема; режим та умови роботи трактора.

Наприклад згідно прототипу приймаємо трактор з коліснимрушієм (4К4), обладнаний дизельним чотиритактним двигуном з безпосереднім впорскуванням палива.

Під час тягового розрахунку трактора, як правило, приймається усталений режим його роботи на горизонтальній ділянці поля, без використання механізмів відбору потужності. Окрім того, приймається, що коефіцієнт опору коченню і, коефіцієнт зчеплення рушіїв з опорною поверхнею і к. к. д. трансмісії_трзберігають постійне значення на всіх режимах роботи трактора.

1.1.2 Тяговий діапазон трактора

Відношення номінальної сили тяги на гаку, встановленої для трактора даного класу, до номінальної сили тяги трактора попереднього класу називають розрахунковим тяговим діапазоном:

(1.1)

де – коефіцієнт розширення тягової зони трактора, рекомендоване значення якого становить 1,25-1,30, для прикладу=1,3;

Р_н, Р_н’– відповідно номінальна сила тяги і сила тяги трактора

попереднього класу.

Для тракторів класу тяги 0,2-0,6 тяговий діапазон дорівнює _т= 2,0.

Знаючи тяговий діапазон і номінальну силу тяги трактора, можна визначити його мінімальне тягове зусилля на вищій передачі робочого ряду із співвідношення:

; (1.2)

Приклад. Тяговий діапазон трактора:

_т=1,3·30/20=1,95.

Мінімальне тягове зусилля на вищій передачі робочого ряду:

Р_гкmin=30/1,95=15,38кН.

1.1.3 Маса трактора

Розрізняють конструктивну (суху) m і експлуатаційну (повну) мінімальну m_{е min}та максимальну m_емаси трактора. Під конструктивною розуміють масу трактора в незаправленому стані без механізатора, інструментів, додаткового обладнання і баласту. Мінімальна експлуатаційна включає в себе конструктивну масу трактора і маси паливно-мастильних матеріалів, технічних рідин, механізатора, інструменту і додаткового обладнання, а максимальна, крім мінімальної експлуатаційної, включає ще масу баласту.

Максимальна експлуатаційна маса вибирається таким чином, щоб під час роботи трактора у відповідних умовах із встановленою для нього номінальною силою тяги на гаку буксування ведучих органів не перевищувало б допустимих меж. В усталеному режимі роботи трактора на горизонтальній ділянці вказана вимога виражається наступними рівняннями:

Звідси максимальна експлуатаційна маса становить:

, (1.3)

де lim – коефіцієнт можливого перевантаження трактора (задається);

_доп– допустиме значення коефіцієнта використання зчіпної ваги

трактора (для колісних тракторів приймається 0,50-0,65, для

гусеничних - 0,60-0,65);

_к – коефіцієнт навантаження на ведучі колеса (приймається для

тракторів з колісною схемою 4К2 0,75-0,80, а для тракторів з

колісною схемою 4К4 і гусеничних - 1,0);

f – коефіцієнт опору коченню (для колісних тракторів - 0,12,

для гусеничних - 0,08)

Приклад

m_e=1·30·10³/(0,65·1–0,12)·9,8=5775,90кг.

1.1.4. Номінальна потужність двигуна

Розрахунок номінальної потужності проводимо на основі номінального тягового зусилля трактора, сили опору коченню, маси трактора, втрат в трансмісії і необхідного запасу потужності двигуна:

, (1.4)

де V_н1– розрахункова швидкість руху на нижчій робочій передачі

при номінальній силі тяги (згідно завдання), км/год;

_е– коефіцієнт експлуатаційного завантаження двигуна, який

дорівнює 0,80-0,85 [2], (наприклад _е=0,85);

_тр– коефіцієнт, що враховує втрати потужності в трансмісії

, (1.5)

де _ц,_к– відповідно к.к.д. циліндричної і конічної пари шестерень,

які приймаються 0,985-0,990 і 0,975-0,980 [2];

n_ц, n_к– показники пар шестерень, що працюють в трансмісії

на даній передачі;

_х– к.к.д., що враховує втрати потужності на холостому

ходу (_х=0,950-0,970) [2]

Приклад

_тр=0,987⁶0,977¹0,96=0,850.

Номінальна потужність становитиме:

N_н=(30·10³+0,12·5775,90·9,8)7/3600·0,850·0,85=99,02кВт.

1.1.5 Основні швидкості робочого ряду трактора

Для визначення ряду основних робочих швидкостей розраховується діапазон, що характеризує відношення вищої швидкості цього ряду до швидкості на першій передачі:

(1.6)

де V_н1– розрахункова (номінальна) швидкість (згідно з завданням) на першій передачі, км/год;

V_нz– вища розрахункова швидкість робочого ряду, яку необхідно визначити, км/год;

z – кількість передач робочого ряду.

Швидкісний діапазон розрахуємо за формулою:

_vосн=_т_допmin, (1.7)

де _допmin – коефіцієнт допустимого мінімального завантаження

двигуна, _допmin=0,85 [4].

Для розрахунку вищої і проміжних передач визначимо знаменник геометричної прогресії:

, (1.8)

Визначивши знаменник геометричної прогресії, розраховуємо номінальнішвидкості рухуна всіх передачах робочого ряду:

V_нz= V_н(z-1)·q. (1.9)

Так само розраховуємо V_нzдля решта передач, отримані дані заносимо в табл. 1.1.

Вища транспортна швидкість у геометричний ряд не входить. У курсовій роботі приймається зі завдання. Проміжна транспортна швидкість V_тр2визначається як середня геометрична або арифметична величина між вищою транспортною і вищою швидкістю основного ряду передач:

V_тр2=0,5(V_трmax+V_нz); (1.10)

Для отримання особливо низьких швидкостей трансмісія трактора обладнується ходозменшувачем. Значення цих швидкостей приймаються відповідно до вимог технологічного процесу.

Приклад. Швидкісний діапазон:

_vосн=1,95·0,85=1,66.

Знаменник геометричної прогресії:

q=^4–11,66=1,183.

Тоді для другої передачі

V_н2=7·1,183=8,28км/год.

Проміжна транспортна швидкість:

V_тр2=0,5(26+11,6025)=18,80км/год.

1.1.6 Передатні числа трансмісії і коробки передач

Передатне число трансмісії трактора на першій передачі становить:

, (1.11)

де n_н– номінальна частота обертання колінчастого вала двигуна

(згідно завдання), об/хв;

r_к– динамічний радіус ведучого колеса, м.

Динамічний радіус ведучого колесарозраховується з виразу:

r_к=0,0254(0,5d+(0,8…0,85)b), (1.12)

де d – зовнішній діаметр ободу колеса, дюйм;

b – ширина профілю шини, дюйм;

0,8…0,85 – коефіцієнт деформації шини ведучого колеса.

Розміри шин задніх ведучих коліс трактора вибираються залежно від навантаження, яке припадає на одне з них або приймається за прототипом (табл.А.1). Навантаження, яке припадає на одне ведуче колесо слід приймати більшим розрахункового, враховуючи динамічні навантаження під час руху трактора з начіпним знаряддям.

Для гусеничного трактора передаточне число на першій передачі становить:

, (1.13)

де r_пк– радіус початкового колеса ведучої зірочки приймається за прототипом (табл.А.2) або розраховується, м.

, (1.14)

де t_l – довжина ланки гусениці (приймається за прототипом), м;

Z_ка – число активно діючих зубів ведучої зірочки приймається за прототипом).

Передатне число z-ої передачі визначається із співвідношення

і_трz= і_тр(z-1)/q; (1.15)

Так само розраховуємо для решти передач, а отримані результати заносимо в табл. 1.1

Передатне число трансмісії на транспортній передачі визначаються з виразів:

(1.16)

(1.17)

Знаючи загальні передатні числа трансмісії і_трна кожній передачі і передатне число і_о шестерень з постійним зачепленням (приймається за прототипом), визначаються передатні числа коробки швидкостей на z-ій передачі:

і_кz=і_трz/і_о, (1.18)

де і_о– передатне число шестерень з постійним зачепленням,

, (1.19)

де і_пц, і_кп– передатні числа центральної та кінцевої передач.

Приклад. Динамічний радіус ведучого колеса:

r_к=0,0254(0,5·24+0,82·21,5)=0,769м.

Тоді:

і_тр1=0,377·2200·0,769/7=91,116.

Передаточне число другої передачі:

і_тр2=91,116/1,183=76,991.

Передатне число трансмісії на транспортних передачах:

і_тртр2=0,377·2200·0,769/18,8=33,924.

і_тртрmax=0,377·2200·0,769/26=24,531.

Передатне число коробки швидкостей на 2-ій передачі:

і_к2=76,991/4,44·4,59=3,778.

Аналогічно розраховуємо для решти передач

Значення передатних чисел трансмісії і швидкостей руху трактора на всіх основних і транспортних передачах записуємо в таблицю 1.1

Таблиця 1.1

Передатні числа трансмісії і швидкості руху трактора

Передачі	1	2	3	4	1 транс	2 транс
Пер. число транс.	91,116	76,991	65,056	54,972	24,531	33,924
Номін. швидк. км/год	7	8,28	9,80	11,60	26	18,80

1.1.7 Показники енергонасиченості та металомісткості трактора.

Енергонасиченість (N_ен) і металомісткість (q_м) – важливі по­казники, що визначають рівень технічної досконалості трактора.

Енергонасиченість характеризується відношенням номінальної потужності N_ндвигуна до експлуатаційної маси m_етрактора:

. (1.20)

Металомісткість трактора визначається відношенням його конструктивної маси m_к=(0,91…0,94)m_едо номінальної потужності двигуна:

(1.21)

Даний показник з удосконаленням конструкції тракторів і підвищенням їх енергонасиченості знижується. Зменшення металомісткості не повинно погіршувати зчіпні властивості трактора і зменшувати його надійність під час роботи.

Приклад. Відповідні показники становлять

N_пт=99,02/5775,90=17,14кВт/т;

q_м=0,92·5775,90/99,02=53,66кг/кВт.