Расчет тягового агрегата

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УГИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА I»

АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ  ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ТРАКТОРОВ И АВТОМОБИЛЕЙ

 

 

 

Курсовая работа

 

 

 

 

Выполнил студент:

 

Проверил преподаватель:

.

 

 

 

 

Воронеж 2011

1. ТЯГОВЫЙ  РАСЧЕТ НОВОГО АВТОМОБИЛЯ

1.1Исходные  данные

1.Грузоподъемность mг, =2500 кг;

2.Колесная формула  и прототип Кф 4x4;

3.Максимальная  скорость движения на прямой передаче Vmax = 90 км/ч;

4.Коэффициент  дорожных сопротивлений при Vmax ψv =0,025;

5.Прототип ГАЗ-66;

6.Число  передач Z =4;

7. Масса груженого прицепа  mпр= 2700     кг

8.Тип двигателя  Карбюраторный;

 

1.2. Определение основных параметров автомобиля 
1.2.1. Собственная и полная масса автомобиля

Собственная масса автомобиля

где   mг - грузоподъемность автомобиля, кг; 
ηг, - коэффициент грузоподъемности. 

ηг =  0,8

mг=  2500 кг

m0 =  3125 кг

Полная  масса груженого автомобиля

mп =m0 + mг+75,кг

mп =     5700     кг

 

 

 

 

 

1.2.2. Максимальная мощность двигателя  и его внешняя скоростная характеристика

Максимальная  мощность двигателя

 

 

Где ΨV - коэффициент дорожных сопротивлений при Vmax;

Vmax - максимальная скорость движения на прямой передаче, км/ч;

ηтр - к.п.д. трансмиссии;  ηтр = 0,

Gn - вес груженого автомобиля, Н

где g - ускорение свободного падения, м/с";

Gn= 55917 Н

Pw.max - максимальное сопротивление воздуха ,при Vmax, Н;

где К - коэффициент обтекаемости, Нхс2/м4 ; К =0,65 Нхс2/м4

F - площадь поперечного сечения автомобиля, м2. F = 4,7м2

Pw max=1903,5 Н

Ne max= 97,1 кВт

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Частота вращения двигателя

Где nд - частота вращения коленчатого вала при Ne.max, мин-1;

nн= 3200 мин-1

аn - коэффициент изменения частоты вращения коленчатого вала.

 

Мощность двигателя

 

aN - коэффициент изменения мощности двигателя.

 

Крутящий момент двигателя

 

Таблица 1.1.

Результаты расчетов внешней скоростной характеристики

аn

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1

aN

0,363

0,496

0,625

0,744

0,928

1

nд,мин-1

960

1280

1600

1920

2560

3200

Ne, кВт

35,2

48,2

60,7

72,2

90,1

97,1

Мд, Нм

350,6

359,3

362,2

359,3

336,2

289,8


Характеристика  представлена на рисунке

1.2.3. Выбор размера шин

 

Принимаем по прототипу  шины размером 305-458

Радиус качения колес rк

 

где d - наружный диаметр обода покрышки, мм;

b - ширина профиля покрышки, мм;

Кш - коэффициент радиальной деформации шины.

 

 

 

1.2.4. Передаточные числа трансмиссии

Передаточное  число трансмиссии для высшей передачи

 

где i0 - передаточное число главной передачи

Передаточное  число первой ступени коробки  передач определяем из условия реализации максимальной силы сцепления ведущих колес с дорогой.

 

где φ – коэффициент  сцепления; φ=0,6

Gсц - сцепной вес автомобиля, Н

 

λк – коэффициент нагрузки ведущих колес; λк=1

Mд.max – максимальный крутящий момент двигателя, H·м

Mд.max = 362,2  H·м

ik1 = 8,1

передаточное  число второй ступени коробки  передач

где q – знаменатель геометрической прогрессии

где z – число передач.

q = 2,011

ik2 = 4,04

 

 

 

Передаточное  число ступеней коробки передач

ik3 = 2,01

ik4 = 1,00

Передаточное  число трансмиссии на всех передачах

 

iтр1 = 54,86

iтр2 = 27,29

iтр3 = 13,57

iтр4 = 6,75

1.3. Расчет динамической характеристики  для порожнего автомобиля

Динамический  фактор автомобиля

где Pk – касательная сила тяги, Н

 

Pw – сопротивление воздуха, Н

G – вес порожнего автомобиля с шофером, Н

G = 31392,0 H

V – Скорость движения автомобиля, км/ч

 

значения Pk ,Pw, Д, V рассчитываем для всех значений nд и Mд (таблица)

Пример расчета  показателей динамической характеристики для второй передачи nд = 3200

 

Касательная сила тяги

Скорость движения автомобиля

Сила сопротивления  воздуху

Динамический  фактор

 

Таблица 1.2. Результаты расчетов динамической характеристики

для порожнего автомобиля

Передача

nд ,мин-1

Мд , Н·м

V , км/ч

Рк ,Н

Pw ,Н

Д

1

960

350,6

3,3

32476,6

2,6

1,034

 

1280

359,3

4,4

33281,8

4,6

1,060

 

1600

362,2

5,5

33550,2

7,2

1,069

 

1920

359,3

6,6

33281,8

10,4

1,060

 

2560

336,2

8,9

31134,6

18,4

0,991

 

3200

289,8

П,1

26840,2

28,8

0,854

2

960

350,6

6,7

16151,9

10,5

0,514

 

1280

359,3

8,9

16552,3

18,6

0,527

 

1600

362,2

11,1

16685,8

29,1

0,531

 

1920

359,3

13,4

16552,3

41,9

0,526

 

2560

336,2

17,8

15484,5

74,5

0,491

 

3200

289,8

22,3

13348,7

116,5

0,422

3

960

350,6

13,4

8032,97

42,4

0,255

 

1280

359,3

17,9

8232,14

75,3

0,260

 

1600

362,2

22,4

8298,52

117,7

0,261

 

1920

359,3

26,9

8232,14

169,5

0,257

 

2560

336,2

35,8

7701,03

301,3

0,236

 

3200

289,8

44,8

6638,82

470,8

0,196

4

960

350,6

27,0

3995,11

171,3

0,122

 

1280

359,3

36,0

4094,17

304,6

0,121

 

1600

362,2

45,0

4127,18

475,9

0,116

 

1920

359,3

54,0

4094,17

685,3

0,109

 

2560

336,2

72,0

3830,03

1218,2

0,083

 

3200

289,8

90,0

3301,75

1903,5

0,045


Характеристика  представлена на рис 1.2

 

 

Анализ  динамической характеристики.

1. Определите, на каких  передачах и с какой максимальной  скоростью может двигаться автомобиль (движение равномерное), если коэффициент дорожных сопротивлени и Ψ = 0,05 и 0.15. а масса равна минимальной (Гн=1), полной (m = mn) и с прицепом (Гmах). При равномерном движении Ψ= Д.

При коэффициенте дорожных сопротивлений Ψ= 0,05.

Порожний автомобиль сможет работать на 4 передаче. Vmax = 88км/ч

(линия A – B – C1 ). двигатель загружен.

При полной массе (Гн = 1,8) автомобиль сможет работать на 4 передаче.

 Vmax =  68км/ч (линия A – F – G – C2), двигатель  загружен.

При максимальной массе (Гmах = 1,8 ) автомобиль сможет работать на 3

передаче, Vmax = 22,3 км/ч (линия A – F – G – C3). двигатель недогружен.

При коэффициенте дорожных сопротивлений Ψ= 0,15.

Порожний автомобиль сможет работать на 3  передаче. Vmax = 44,8 км/ч 
(линия H – I – C4), двигатель недогружен

При полной массе (Гн = 1,8) автомобиль сможет работать на 2 передаче.

Vmax =22,3 км/ч (линия H – J – K – C5) двигатель недогружен

При максимальной массе (Гmах = 2,6) автомобиль сможет работать на  2 передаче. Vmax = 22,3 км/ч(линия H – M – L – C6), двигатель недогружен

 

2. Определите  максимальные дорожные сопротивления Ψmax, которые может преодолеть автомобиль на 1 и 2 передачах с равномерной скоростью, если автомобиль порожний и полностью загружен.

На  первой передаче порожний автомобиль может преодолеть дорожное сопротивление Ψmах = Дmах = 1,069 (линия a – b)

Полностью груженый автомобиль (Гн= 1,8) может преодолеть дорожное сопротивление :

(линия b – e – d)

На второй передаче порожний автомобиль может преодолеть дорожное сопротивление Ψтах = Дmах =  0,531 (линия c – f).

Полностью груженый автомобиль (Гн= 1,8) может преодолеть дорожное

сопротивление:

(линия f – g – h)

Полученные данные необходимо проверить с точки зрения возможности их реализации по условиям сцепления с дорогой. Условие реализации соблюдается, если Ψтах < Дmах где Дφ = φλк - динамический фактор по сцеплению.

Где φ - коэффициент сцепления, находится в пределах 0,5...0.7.

λк- коэффициент нагрузки ведущих колес, равный 1 у полноприводных автомобилей (4x4 и 6x6). а у автомобилей 4x2 и 6x4 в пределах 0.75...0.80.

Дφ = 0,6·1=0,6

 

1 передача: порожний  автомобиль условие не выполняется       груженый автомобиль условие выполняется     2 передача: порожний автомобиль условие выполняется                 груженый автомобиль условие выполняется 

3. Определите, какие  максимальные подъемы способен преодолеть полностью груженый автомобиль на первой и второй передачах, если движение равномерное, а коэффициент сопротивления качению f = 0.05.

Максимальный подъем, который  может преодолеть полностью груженный  автомобиль на 1 передаче:

                       

Максимальный  подъем, который может преодолеть полностью груженный автомобиль на 2 передаче:

                       

 

4. Определите, какое  максимальное дорожное сопротивление может преодолевать полностью груженый автомобиль на высшей передаче при равномерном движении, и с какой скоростью.

Полностью груженый автомобиль на высшей передаче может  преодолеть дорожное сопротивление  равное:

двигаясь со скоростью V =   27 км/ч

 

2. ТЕПЛОВОЙ И ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  ДВИГАТЕЛЯ

 

Исходные  данные

  Мощность двигателя      Ne =  97,1 кВт

Частота вращения коленвала двигателя nН = 3200 мин-1

Число и расположение цилиндров (Р, V)  i = 8  V

Степень сжатия (ε= 6,0... 10,0)  ε=7,6

Диаметр цилиндра  D = 92 мм

Ход поршня S = 80 мм

Прототип  ЗМЗ-513.10

Тип двигателя Карбюраторный

2.1. ПРОЦЕСС ВПУСКА

2.1.1. Давление и температура на входе в двигатель

 

Давление  окружающей среды  po = 0,1 МПа

Температура окружающей среды To = 239 К

Давление на входе в двигатель pк= po = 0,1 МПа

Температура на входе в двигатель Tk = To= 239 K

2.1.2. Давление остаточных газов

Давление  остаточных газов рr=(1,05...1,25)*ро = 0,115   МПа

 

 

 

 

 

2.1.3. Температура остаточных газов

Температура остаточных газов Тг= 900...1100 =1000 К

 

2.1.4. Температура подогрева свежего  заряда

Величина подогрева свежего заряда  ΔТК = 0...20 = 10 К

 

  2.1.5. Степень сжатия

Степень сжатия ε = 7,6

 

2.1.6. Давление конца впуска

pа = pк - Δpа   МПа

Где Δра - потери давления в процессе впуска

Δра = (0,05 ... 0,20)*рк -  0,013     МПа 
Давление в конце впуска ра = 0,088   МПа

2.1.7. Коэффициент наполнения

Коэффициент наполнения ηv =   0,806

2.1.8. Коэффициент остаточных газов

 
Коэффициент остаточных газов γ =    0,06

2.1.9. Температура конца впуска

 
Температура конца впуска Та = 345 К

2.2. ПРОЦЕСС  СЖАТИЯ

2.2.1. Давление конца сжатия

pc = pa*εn1, МПа

где n1 - показатель политропы сжатия n1 = 1,34

Давление  конца сжатия рс= 1,325 МПа

2.2.2. Температура конца сжатия

Тс = Та * εn1-1,   К

Температура конца сжатия  Тс = 687 К

 

2.3. ПРОЦЕСС  СГОРАНИЯ

2.3.1. Теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Cvc = 20,16+ 1,74*10-3*ТС

Теплоемкость  смеси в конце сжатия Cvc = 21,355  кДж/(кмоль*К)

2.3.2. Коэффициент использования  теплоты

ξz = 0,85... 0,95

Коэффициент использования теплоты ξz = 0,9

2.3.3. Низшая теплота сгорания топлива

Ни = 33910*С, + 125600*Н, - 10890*(О, - S,) - 2510*(9*Н, + WT)

где Ст, Нт, От, Sт, - массовые доли углерода, водорода, кислорода и серы в кг на 1 кг топлива (Ст+Нт+От+Sт= 1) равные соответственно 0,85, 0,149, 0, 0,001;

Wt - массовая доля паров воды в продуктах сгорания в кг на 1 кг 
топлива (при расчете низшей температуры сгорания равно 0). 
Низшая теплота сгорания топлива Нu = 44183  кДж/кг

2.3.4. Коэффициент избытка воздуха

а = 0,75 ...0,95

Коэффициент избытка воздуха а = 0,85

 

2.3.5. Теоретически необходимое количество  воздуха

Теоретическое необходимое количество воздуха  в киломолях

кмоль /кг

L0 = 0,519    кмоль/кг

 Теоретическое необходимое количество воздуха в килограммах

10 = m в *  L0 ,     кг/кг

где mB - молярная масса воздуха mв = 28,96  кг/кмоль

10 = 15,0     кг/кг

2.3.6. Потери теплоты от неполноты  сгорания

ΔHu = 119950  (1 - a)L0 , кДж /кг

ΔHu = 9347     кДж/кг

 

 

2.3.7. Количество молей продуктов сгорания

где mт - молярная масса топлива mт = 115 кг/кмоль

M1 = 0,450 кмоль/кг

2.3.8. Количество молей продуктов  сгорания

М2 = 0,495 кмоль/кг

2.3.9. Коэффициент молекулярного  изменения

где Mr - количество молей остаточных газов

М г = γ · М,  кмоль /кг

Мг = 0,029    кмоль/кг

β = 1,11

2.3.10. Температура  конца сгорания

 

где   а2, Ь2, с2 - численные коэффициенты квадратного уравнения

,        ,         .

где а1, и b1 - численные коэффициенты

a1 = (15.50 + 13.80·α)·10-4

b1 = 18.40 + 2.60 ·α

а1=  0,00272;  b1 = 20,610;  а2 =  0,00301; b2 =   22,801;  с2= -80146,1

Tz = 2613 К

2.3.11. Теплоемкость рабочей смеси  в конце сгорания

Изохорная теплоемкость рабочей  смеси в конце сгорания

Cvz =a1 - Tz + b1,  кДж /(кмоль   • К )

Cvz = 27,725   кДж/(кмоль*к)

 

2.3.12. Давление  конца сгорания

где λ- степень повышения давления

λ = 4,210

pz = 5,580 МПа

Действительное  давление конца сгорания

pzd = 0,85 · pz,    МПа

pzd =    4,464    МПа

 2.3.13. Степень предварительного расширения

ρ  = 1

2.4. ПРОЦЕСС РАСШИРЕНИЯ

2.4.1. Степень последующего расширения  газов

ε = 7,6

2.4.2. Давление и температура конца  расширения

 

 

где n2 - показатель политропы расширения n2 = 1,26

рb = 0,429   МПа,      Тк = 1527 К

 

2.5. ПРОЦЕСС  ВЫПУСКА

Давление и  температура остаточных газов были приняты ранее, при расчете процесса впуска. Уточненное значение температуры газов в конце процесса выпуска можно расчитать по формуле:

Tr = 984 K

 

 

 

Относительная погрешность выбора температуры

δTt = -1,6

2.6. ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

2.6.1. Среднее индикаторное давление

 

 

 

pi = 1,032     МПа

Действительное  среднее индикаторное давление

pi = φn ·pi,    МПа

где фп - коэффициент полноты диаграммы φn = 0,955

pi = 0,986    МПа

2.6.2. Индикаторный коэффициент полезного  действия

 где R -универсальная газовая постоянная R=   8,314   кДж/(кмоль*К)

ηi= 0,304

2.7. ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ

 

2.7.1. Механические потери

pм = а3 + bз · Vn ,   МПа

где а3 и Ь3 - численные коэффициенты

короткоходные (S/D < 1) a3 = 0,039  b3 = 0,0132

длинноходные (S/D > 1) a3 =0,049  b3 = 0,0152

Vn - средняя скорость поршня

 

Vn = 8,533

pM = 0,152 МПа

 

 

2.7.2. Среднее эффективное давление

pe = 0,834

2.7.3. Механический коэффициент полезного  действия

ηм = 0,846

2.7.4. Эффективный коэффициент полезного  действия

ηе =     0,257

2.8. ОСНОВНЫЕ  РАЗМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ

2.8.1. Рабочий объем цилиндра

где τ - коэффициент тактности τ = 4

Vh = 0,546    дм3

 

2.8.2. Диаметр цилиндра

 

 

где k - отношение хода поршня к диаметру цилиндра k = 0,8696

D = 0,93     дм

2.8.3. Ход поршня

S = к · D,    дм

S = 0,81      дм

2.9. ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ

Текущее значение объема

 

где λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна   λ =   0,265

Vc - объем камеры сгорания

 

Vc = 0,083    дм3

Текущее давление:

для политропы  сжатия:

для политропы  расширения:

где Va -полный объем цилиндра     Va = Vc + Vh ,    дм3      Va = 0,628   дм3

Таблица 2.1.

Угол поворота кривошипа

φх,  °

Объем

Vx, дм3

Давление 

рх, МПа

0

0,083

0,088

30

0,128

0,088

60

0,246

0,088

90

0,391

0,088

120

0,519

0,088

150

0,601

0,088

180

0,628

0,088

210

0,601

0,093

240

0,520

0,113

270

0,392

0,164

300

0,247

0,306

330

0,129

0,732

360

0,083

1,325

360

0,083

5,580

390

0,128

2,693

420

0,245

1,180

450

0,391

0,655

480

0,518

0,458

510

0,600

0,380

540

0,628

0,359

570

0,601

0,115

600

0,520

0,115

630

0,393

0,115

660

0,248

0,115

690

0,129

0,115

720

0,083

0,115


2.10. ПОСТРОЕНИЕ РАЗВЕРНУТОЙ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ УДЕЛЬНОЙ СИЛЫ ИНЕРЦИИ И СУММАРНОЙ СИЛЫ

Удельная сила давления газов на поршень PI = pi - рк,    МПа

где pi -давление газов в цилиндре по диаграмме в координатах "p-V" Удельная сила инерции масс, движущихся возвратно-поступательно

где Fn - площадь поперечного сечения поршня Fn = 6762 мм2

m - масса деталей движущихся возвратно-поступательно m = 0,955 кг

ω - угловая скорость коленвала ω = (π · n)/30,   с-1 ω=   334,9 с-1

Таблица 2.2.

Угол поворота кривошипа

φх,  °

Давление газов

на поршень 

Рi, МПа

Удельная сила инерции 

Pj, МПа

Суммарная

сила

Р, МПа

0

-0,013

-0,809

-0,821

30

-0,013

-0,639

-0,651

60

-0,013

-0,235

-0,248

90

-0,013

0,169

0,156

120

-0,013

0,404

0,392

150

-0,013

0,469

0,456

180

-0,012

0,470

0,457

210

-0,007

0,469

0,462

240

0,013

0,405

0,418

270

0,064

0,171

0,235

300

0,206

-0,233

-0,027

330

0,632

-0,637

-0,005

360

1,225

-0,809

0,416

368

4,364

-0,798

3,566

390

2,593

-0,641

1,953

420

1,080

-0,238

0,842

450

0,555

0,167

0,722

480

0,358

0,403

0,761

510

0,280

0,469

0,749

540

0,259

0,470

0,729

570

0,015

0,469

0,484

600

0,015

0,406

0,421

630

0,015

0,173

0,188

660

0,015

-0,230

-0,215

690

0,015

-0,635

-0,620

720

0,015

-0,809

-0,794


 

 

3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ СЕРИЙНОГО ТРАКТОРА

 

3.1. Исходные  данные

Марка трактора  T-150

Номинальное тяговое  усилие  Pкр.н= 30 кН

Эксплуатационная  масса трактора  mэ = 7400 кг

Тип трактора   Гусеничный

Передаточные  числа трансмиссии:

на первой передачи iтр1 = 33,2

на второй передачи iтр2 = 29,5

на третей передачи iтр3 = 27

на первой передачи iтр4 = 24

Максимальная  мощность двигателя  Ne.m. = 110 кВт

Почвенный фон  поле под посев

 

3.2. Определение основных параметров трактора

из технической  характеристики трактора

3.2.1. Вес трактора

Эксплуатационный  вес трактора

G3 = 10-3 mэg

где g - ускорение свободного падения, м/с2.

Gэ = 73 кН

Конструктивный  вес трактора

G0 = 0,9·G,

 

G0 = 65 кН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.2. Основные параметры движителей

 

3.2.2.1. Гусеничный трактор

 

 

lзв - шаг гусеничного звена, м  lзв = 0,17 м

Zk - число зубьев звездочки  Zk = 14

rk = 0,38     м

 

3.3. Расчет  и построение регуляторной характеристики

Используются  следующие формулы:

1. Частота вращения (мин-1 ):

- на холостом  ходу

 

где nн - номинальная частота вращения, мин-1 nн =     2000     мин

δР - степень неравномерности регулятора частоты вращения (у тракторных дизелей δр = 0,07 )

- при  максимальном крутящем моменте

где К0 - коэффициент приспособляемости по частоте вращения коленвала 
(у тракторных дизелей К0 =1,45)

2. Крутящий момент (Н·м):

- на номинальном режиме

- на режиме максимальной перегрузки

Мд.м  = Мд.н · Км

где Км - коэффициент запаса крутящего момента

 (у тракторных дизелей Км = 1,19)

 

 

 

 

 

3. Эффективная мощность при М = Мд.м. (кВт):

4. Часовой расход  топлива (кг/ч):

- на номинальном режиме

- на холостом ходу

Gт.х = (0,25...0,30)·Gт.м

- на режиме максимальной перегрузки

где ge.o = (1,15...1,20)· ge.н    г/(кВт·ч)

ge.н - удельный расход топлива при номинальной мощности, г/(кВт·ч)

ge н = 252      г/(кВт·ч)

Для построения кривой ge, помимо двух найденных выше значений, определяют gе на регуляторной ветви при Мд =0,5 Мд.н:

Результаты  расчета показателей регуляторной характеристике.

Таблица 3.1

Режим работы

nд,

мин-1

Мд,

Нм

Ne,

кВт

Gт,

кг/ч

ge,

г/(кВт*ч)

Холостой ход

2140

0

0

7,6

оо

Номинальная мощность

2000

525

110,0

27,7

252

Максимальная  перегрузка

1379

625

90,3

26,7

296

Мд =0,5 Мд.н.

2070

254

55,0

17,7

321

Расчет тягового агрегата