Лабораторна робота № 1 визначення необхідної потужності двигуна та маси проектованої машини

Мета роботи: Ознайомитися з методикою розрахунку потужності двигуна та визначення маси проектованої машини. Визначити номінальну потужність двигуна та конструктивну масу проектованої машини.

1.1. Короткі відомості з теорії трактора та автомобіля

Потужність двигуна проектованого трактора чи автомобіля визначається на основі балансу потужності машини, який показує, куди витрачається енергія, що виробляється двигуном. Рівняння балансу потужності записується у вигляді

N_е = N_тр + N_δ + Ν_f + N_ввп + N_w + N_j+ N_і + N_г, (1.1)

де N_е – потужність, що знімається з колінчастого валу двигуна, кВт;

N_тр – втрати потужності в трансмісії, кВт;

N_δ – втрати потужності на буксування рушія, кВт;

N_f – втрати потужності на подолання опору кочення машини, кВт. У деяких випадках для гусеничних тракторів із складу N_f окремо виділяють втрати потужності на тертя в шарнірах гусеничного рушія N_г, що приблизно дорівнюють половині втрат N_f, визначених експериментально;

N_ввп – потужність, що передається через вал чи коробку відбору потуж- ності з урахуванням коефіцієнта корисної дії (ККД) передачі, кВт. На стадії проектування N_ввп повинна обумовлюватися завданням;

N_w – потужність, що витрачається на подолання опору повітря, кВт;

N_j – потужність на подолання сил інерції, може змінювати знак в залежності від напрямку прискорення, кВт;

N_і – потужність на подолання підйомів (на схилі змінює знак), кВт;

N_г – потужність, що передається через тягово-зчіпний пристрій (знаря- ддю у машинно-тракторному агрегаті або причепу в автопоїзді), кВт.

Ні одна зі складових балансу потужності під час руху машини не залишається постійною. Детальний аналіз складових балансу буде зроблено в курсі теорії тракторів і автомобілів. Для вибору потужності двигуна на стадії проектування трактора чи автомобіля досить обмежитися середнім значенням складових тягового балансу для номінального режиму.

Втрати потужності в трансмісії в кВт становлять

N_тр = N_е·(1 – η_тр), (1.2)

де η_тр – ККД трансмісії.

Втрати потужності на буксування рушія в кВт дорівнюють

N_δ = Р_г·(V_т − V_д) = Р_г·V_т ·δ, (1.3)

де Р_г – тягове зусилля (на гаку чи буксирному пристрої), кН;

V_т та V_д – теоретична та дійсна швидкості руху, відповідно, м/с;

δ = (V_т – V_д)/V_т – коефіцієнт буксування рушія.

Втрати потужності на подолання опору кочення в кВт дорівнюють

N_f = G·f∙V_д∙cosα, (1.4)

де G – вага машини, кН;

f – коефіцієнт опору коченню, вибирається як табличне значення для заданих умов руху (додаток 6);

α – кут нахилу опорної поверхні до горизонту в напрямку руху.

Потужність, що витрачається на подолання опору повітря в кВт, становить

N_w = Р_w∙V_д = , (1.5)

де Р_w – сила опору повітря, кН;

k – коефіцієнт обтічності, Н·с²/м⁴ ;

F – площа лобової поверхні машини, м².

Потужність на подолання сил інерції в кВт дорівнює

N_j = m·j∙V_д, (1.6)

де m = G/g – повна маса машини, т;

g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння;

j – прискорення машини, м/с².

Потужність на подолання підйомів в кВт становить

N_і = G∙sіnα∙V_д. (1.7)

Потужність на гаку в кВт дорівнює

N_г = Р_г∙V_д. (1.8)

При попередніх розрахунках рівняння балансу потужності спрощують наступним чином.

Для тракторів N_ввп враховують тільки при умові наявності в завданні, а N_w, N_j та N_і взагалі не обчислюють окремо. Ці складові враховують деяким коефіцієнтом можливого перевантаження трактора k_п, після чого рівняння тягового балансу набуває вигляду

N_е = k_п∙(N_тр + N_δ + N_f + N_г). (1.9)

Для вантажних автомобілів, за винятком спеціальних, як правило не враховують N_ввп, N_j та N_δ. Потужність, що передається через буксирний пристрій причепу (або причепам) N_г представляють у вигляді складових опору рухові причепа, які підраховуються за тими ж формулами, що і для автомобіля, з тими ж коефіцієнтами. При визначенні потужності двигуна автомобіля будемо вважати, що автомобіль працюватиме без причепа і

N_г = 0. Тоді

N_е = N_тр + N_f + N_w + N_i . (1.10)

Враховуючи, що

N_f + N_i = G∙f∙V_д∙cosα + G∙sinα∙V_д

маємо

N_f + N_i = G∙V_д∙(f∙cosα + sinα) = G∙V_д∙ψ = N_ψ, (1.11)

де ψ = f∙cosα + sinα – коефіцієнт опору дороги;

N_ψ – затрати потужності на подолання опору дороги, враховуючи підйоми, кВт.

Отже, для автомобіля можемо остаточно записати:

N_е = N_тр + N_ψ + N_w. (1.12)

Для розв'язання рівняння балансу потужності і знаходження потужності двигуна проектованої машини потрібно визначити всі складові, деякі з котрих беруть із завдання (додатки 7,8), інші обчислюють або приймають, спираючись на апріорні дані. Такими даними, як правило, є параметри прототипу – найбільш близької за призначенням, класом та будовою серійної машини.

Поняття "прототип" при проектуванні треба розуміти як "подібний майбутній, проектованій машині". Для лабораторної роботи, користуючись довідковою літературою, вибирають прототип трактора чи автомобіля та, окремо, прототип двигуна.