1. Исходные данные

1.1. Исходные данные для расчета трактора:

• тип движителей, колесная формула – гусеничный;

• номинальное тяговое усилие – 40 кН;

• диапазон рабочих скоростей движения – 5…30 км/ч;

• почвенный агрофон – целина;

• число передач: четыре;

• частота вращения к.в. двигателя n=2000мин^-1;

1.2. Исходные данные для расчета автомобиля:

• тип автомобиля – ограниченной проходимости;

• номинальная грузоподъемность – 6 т;

• скорость движения на прямой передаче – 95 км/ч;

• коэффициент суммарного сопротивления дороги – 0,02

• число передач: пять;

• номинальная частота вращения к.в. двигателя n=3100 мин^-1.

2 Тяговый расчет трактора

2.1 Определение максимальной эксплуатационной массы трактора

Максимальная эксплуатационная масса m_max (кг) трактора определяется по формуле:

(1)

где Р_н - номинальная сила тяги на первой рабочей передаче, Н;

_к.доп - коэффициент использования массы;

для гусеничного трактора _к.доп =0,55-0,65; /3/, стр. 5.

принимаем _к.доп =0,6;

_к - коэффициент нагрузки ведущих колес (для гусеничного трактора _к =1);

f - коэффициент сопротивления качению колесного и гусеничного движителя

(принимается по заданному агрофону)

g - ускорение свободного падения (9.81 м/с²).

Р_н=40 кН (по заданию),

Коэффициент λ_к учитывает преобразование в тяговое усилие той части веса трактора, которая приходится на ведущие колеса (движители). В случае гусеничного движителя λ_к=1, т.к. вся масса трактора приходится на гусеничные движители и будет преобразована в тяговое усилие.

Для заданного агрофона (целина) f=0.06..0.07. /3/, стр. 5.

Принимаем f=0,06.

Подставляем исходные данные в формулу (1):

кг

В качестве прототипа принимаем трактор марки Т-4А (4 тяговый класс и гусеничный тип движителя), который является наиболее близким к проектируемому трактору.

2.2 Определение номинальной мощности двигателя

Номинальная мощность двигателя N_н (кВт) выбирается исходя из скорости движения трактора на первой передаче соответствующей номинальному тяговому усилию и условию движения агрегата на заданном почвенном фоне:

(2)

где k _з - коэффициент запаса мощности (k _з = 1,05...1,1 );

V₁ - первая основная скорость, м/с;

_тр - к.п.д. трансмиссии.

Коэффициент запаса мощности принимаем к_з=1,05;.

V₁=5 км/ч=1,39 м/с (по заданию),

КПД трансмиссии для первой передачи находится по формуле :

(3)

где - к.п.д. соответственно учитывающие потери холостого хода (0,96), цилиндрической пары шестерен (0,985...0,99), конической пары шестерен (0,975...0,98), карданных шарниров (0,985...0,99);

₁ и ₂ - коэффициенты перераспределения массы на соответственно переднюю и заднюю ведущие оси ( в данном случае ₁=1 и ₂=0);

а₁, в₁, с₁ - соответственно число пар цилиндрических и конических шестерен и число карданных шарниров, находящихся в зацеплении при передаче М_кр к передней оси;

а, в, с - соответственно число пар цилиндрических и конических шестерен и число карданных шарниров, находящихся в зацеплении при передаче М_кр к задней оси.

Рисунок 1. Схема трансмиссии проектируемого трактора.

Для данной схемы трансмиссии а =2, в =1, с =0,

Принимаем ή_ц=0.985, ή_к=0.975, ή_ш=0.985

Подставляем исходные данные в формулу (3):

Подставляем исходные данные в формулу (2):

кВт

В качестве прототипа двигателя принимаем дизельный двигатель А-01М. (мощность 99 кВт, число цилиндров - 6, расположение – рядное, рабочий объем- 11150, частота вращения 1700 мин^-1, удельный расход топлива g_ен=231 г/кВт∙ч).

2.3 Построение нагрузочной характеристики двигателя

Предварительно определяются параметры ниже перечисленных характерных точек режимов работы двигателя:

2.3.1 Номинальный режим:

Угловая скорость коленчатого вала (с ^-1):

, (4)

где n_н=2000 мин^-1 (по заданию).

с^-1

Крутящий момент двигателя при номинальной мощности (кНм):

(5)

кНм

Часовой расход топлива:

G_т = g_еN_н10^-3, (6)

кг/ч

где g_е - удельный расход топлива(g_е=220 г/кВт·ч по выбранному прототипу).

2.3.2 Режим холостого хода (регуляторная ветвь):

Угловая скорость холостого хода зависит от степени неравномерности регулятора _р (у современных тракторов _р =0,07...0,08):

_хх = (1 + _р) _н, (7)

Степень неравномерности регулятора зависит от агрофона. Чем тяжелее условия: подъемы, спуски, тяжелые условия пахоты), тем шире должен быть диапазон регуляторной ветви. Целина – сложнопахотные условия. Исходя из этого, принимаем наибольшее значение δ_р=0,08.

Подставляю исходные значения в формулу (7):

с^-1

Эффективная мощность и крутящий момент при этом равны нулю.

Часовой расход топлива на холостом режиме работе зависит от механического КПД двигателя и находится в пределах:

G_{т хх} =(0,25...0,3)  G_т. (8)

На холостом режиме двигатель расходует свою мощность на проворачивание деталей и узлов КШМ, а так же вспомогательных систем и механизмов. У выбранного прототипа двигателя 6 цилиндра расположенных рядно и достаточно небольшие размеры цилиндров. Поэтому будут присутствовать большие инерционные силы, что приведет к повышенному расходу топлива. Исходя из этого, принимаю коэффициент, равным 0,3.

Подставляем данные в формулу (8):

кг/ч.

2.3.3 Корректорная ветвь:

Расчет эффективной мощности производится по формуле С.Р. Лейдермана:

(9)

где _е и _н - соответственно текущее значение угловой скорости вращения коленчатого вала (задаются 5...6 значениями _е в пределах от _мин до _н) и значение при номинальной мощности двигателя, с^-1;

С₁ и С₂ - коэффициенты, зависящие от типа двигателя и способа смесеобразования: (С₁ = 0,87 и С₂ =1,13 - для дизелей с неразделенными камерами сгорания). /2, страница 24/

Исходный прототип двигателя имеет неразделенные камеры сгорания, которые отличаются простотой своего изготовления и наибольшей экономичностью.

При расчетах минимальная угловая скорость для дизелей принимается в пределе _мин = 40...80 с^-1

Принимаю _мин =70 с^-1

Крутящий момент двигателя:

, (10)

Удельный расход топлива для дизелей в г/(кВтч):

(11)

где g_eн - удельный расход топлива при номинальной мощности.

Часовой расход топлива в кг/ч:

G_т = N_е  g_e 10^-3. (12)

Подставляем исходные данные в формулы (9, 10, 11 и 12):

1) ω=70 с^-1

кВт

кНм

г/(кВт*ч)

кг/ч

Аналогично находим остальные точки корректорной ветви, результаты расчетов заносим в таблицу 1:

Таблица 1 Регуляторная характеристика двигателя

№	n, мин-1	ω, рад/с	Nе, кВт	Мк, кНм	gе, г/(кВт*ч)	GТ, кг/ч
1	668,79	70	27,68	0,396	264,14	7,312
2	1050,96	110	45,486	0,414	233,68	10,629
3	1242,04	130	53,686	0,413	224,76	12,066
4	1433,12	150	60,930	0,406	219,98	13,403
5	1719,74	180	69,077	0,384	220,97	15,264
6	2000,00	209,33	72,880	0,348	231,00	16,835

2.4 Определение размеров ведущей звездочки.

Для гусеничного трактора динамический радиус звездочки:

где L_зв и z_зв – шаг звена(м) и число зубьев ведущей звездочки.

Принимаем L_зв=0,176 м и z_зв=14.

Подставляем значения в формулу:

2.5 Определение передаточных чисел трансмиссии.

Передаточные числа трансмиссии:

для первой передачи:

(13)

Подставляем данные в формулу (13):

для последней передачи (в данном случае 4-ая):

(14)

где V₄=30 км/ч=8,33 м/с (по заданию).

Подставляем данные в формулу (14):

Для промежуточных передач вначале определяется знаменатель геометричес-

кой прогрессии:

(15)

где z=4 – количество передач.

Находим знаменатель геометрической прогрессии:

Затем находятся передаточные числа:

i_z= q· i_z-1, (16)

i₂=q· i₁=0,5505·60,239=33,16

i₃=q· i₂=0,5505·33,16=18,26

2.6. Определение касательной силы тяги, крюковой силы и скорости движения на всех передачах.

Касательная сила тяги в кН:

, (17)

Р_к - определяется для первой передачи и при различных значениях М_к . Значение М_к принимается из регуляторной характеристики (таблица 1).

1) кН

Аналогично определяем остальные значения:

№	n, мин-1	ω, рад/с	Мк, кНм	Рк, кН
1	668,79	70	0,396	53,07
2	1050,96	110	0,414	55,48
3	1242,04	130	0,413	55,35
4	1433,12	150	0,406	54,41
5	1719,74	180	0,384	51,46
6	2000,00	209,33	0,348	46,64

Крюковое усилие в кН :

Р_кр =Р_к - Р_f, (18)

где Р_f - сила сопротивления качению трактора (кН):

(19)

кН

Подставляю исходные данные в формулу (18):

1) Р_кр =53,07- 4,44=48,63 кН

Аналогично находятся остальные значения крюкового усилия:

№	Ркр, кН
1	48,63
2	51,04
3	50,91
4	49,97
5	47,02
6	42,20

Теоретическая скорость движения при данной передаче (м/с):

, (20)

Находим теоретическую скорость движения на первой передаче:

1) м/с,

Аналогично находятся остальные значения скорости, при изменении угловой скорости;

№	Vт, м/с
1	0,465
2	0,730
3	0,863
4	0,996
5	1,195
6	1,389

Действительная скорость движения:

V_p = V_т·(1-), (21)

где  - буксование движителя.

Для определения буксования пользуюсь методом профессора Б.Я. Гинцбурга.

Для этого определяем отношение крюкового усилия Р_кр к произведению сцепного веса G_сц и коэффициента сцепления , т.е. Р_кр/(G_сц  ),где коэффициент φ=1,0-1,1. /2, страница 4/

Качество сцепления движителя с почвой оценивают коэффициентом сцепления φ, который определяют как отношение касательной силы к нормальной нагрузке на движитель φ=Р_к/G_н. Чем больше коэффициент сцепления, тем большую силу тяги может реализовать движитель. Целина отличается большой механической прочностью почвы. Поэтому вероятность срыва почвы минимален. Исходя из этого принимаю наибольший коэффициент сцепления φ=1,1.

Для гусеничных и колесных тракторов со всеми ведущими колесами:

(22)

Нахожу величину сцепного веса:

кН

Определяю искомые отношения:

1) Р_кр/(G_сц  )=48,63/(74,15*1,1)=0,596

Аналогично определяем остальные значения отношения;

№	Ркр/(Gсц  )
1	0,596
2	0,625
3	0,624
4	0,613
5	0,576
6	0,517

Для каждого найденного отношения по приложению Б методического указания находим значения буксования. При этом пользуемся методом интерполяции:

Ркр/(Gсц  )	δ
0,596	0,028
0,625	0,029
0,624	0,029
0,613	0,028
0,576	0,023
0,517	0,018

Балласт на ведущую ось добавляют в том случае, если буксование  при Р_кр = Р_н превышает допустимые пределы, рекомендуемые для данного типа трактора ( на плотных грунтах для гусеничных тракторов  до 4 %). В данном случае величина буксования лежит в допустимых пределах, поэтому не требуется добавлять балласт. /3, страница 10/

Подставляем исходные значения в формулу (21):

1) V_p = 0,465·(1-0,028)=0,45 м/с,

Аналогично определяются остальные значения:

№	Vт, м/с	δ	Vp, м/с
1	0,465	0,028	0,45
2	0,730	0,029	0,70
3	0,863	0,029	0,83
4	0,996	0,028	0,97
5	1,195	0,023	1,17
6	1,389	0,018	1,27

2.7 Определение тягового к.п.д. и оценка топливной экономичности.

По Р_кр для первой передачи определяю тяговую мощность, а затем удельный расход топлива и тяговый КПД.

Тяговая мощность в кВт:

N_кр = Р_крV_p, (23)

1) N_кр =48,63*0,45=21,88 кВт,

Аналогично определяю остальные значения N_кр :

№	Nкр, кВт
1	21,88
2	35,73
3	41,47
4	48,47
5	55,01
6	53,59

Крюковой удельный расход топлива в г/(кВтч):

, (24)

Определяю крюковой удельный расход топлива:

1) г/кВт·ч,

Аналогично остальные значения:

№	gкр, г/(кВт*ч)
1	0,334
2	0,297
3	0,290
4	0,276
5	0,277
6	0,314

Тяговый КПД:

(25)

(26)

Тяговые КПД определяем для n_min=429,94 мин^-1 и n_н=1800 мин^-1.

- для n_min=429,94 мин^-1:

Полученные значения и сравниваем между собой:

(27)

- для n_н=2000 мин^-1:

В данном случае отклонения тяговых КПД не превышают допустимого предела(5%) расчеты выполнены правильно.

Расчет тяговой характеристики на последующих передачах производим на ЭВМ по программе " TRAKTOR-2005 ", для чего подготавливаем к вводу в ЭВМ параметры и принятые коэффициенты проектируемого трактора(таблица 2).

Таблица 2 Вводимые в ЭВМ параметры

Названия	Значения
Тип двигателя трактора	Дизель
Тяговое усилие Рн, кН	40
Рабочая скорость на первой передаче V1, км/ч	5
Максимальная скорость V, км/ч	30
Число передач z	4
Длина звена гусеницы Lзв, м	0,176
Число зубьев звездочки zзв	14
Коэффициент нагрузки ведущих колес к	1
Коэффициент сопротивления качению f	0,06
Коэффициент сцепления 	1,1
Коэффициент использования массы к.доп	0,6
к.п.д. трансмиссии тр	0.89
Коэффициент запаса мощности kз	1,05
Номинальный удельный расход топлива gен, г/(кВтч)	231
Частота вращения к.в. двигателя (5...6 точек от nмин до nн), мин-1	668,79; 1050,96; 1242,04; 1433,12; 1719,74; 2000,0;
Масса балласта mбал, т	0
Тяговый к.п.д. на 1-ой передаче при nмин тяг, %	79,0
Тяговый к.п.д. на 1-ой передаче при nн тяг, %	73,5

№ передачи	№	n	ω	Мк	Рк	Рf	Ркр, кН	Nкр, кВт	gкр, г/(кВт*ч)		Vт, м/с	Vp	GТ	тяг, %
1	1	429,94	45	0,219	26,5	2,22	24,2	7,9	342	2	0,33	0,32	2,687	79,6
1	2	812,10	85	0,238	28,8	2,22	26,5	16,1	292	3	0,63	0,61	4,699	79,5
1	3	955,41	100	0,241	29,0	2,22	26,8	19,1	280	3	0,74	0,72	5,345	79,4
1	4	1337,58	140	0,235	28,3	2,22	26,1	26,1	263	3	1,03	1,00	6,866	79,5
1	5	1719,75	180	0,210	25,3	2,22	23,1	30	272	2	1,33	1,30	8,170	79,5
1	6	1800,00	188,4	0,203	24,4	2,22	22,2	30,3	277	2	1,39	1,36	8,400	79,4
2	1	429,94	45	0,219	16,7	2,22	14,5	7,5	356	1	0,53	0,52	2,687	76,4
2	2	812,1	85	0,238	18,1	2,22	15,9	15,6	300	1	1,00	0,99	4,699	77,3
2	3	955,41	100	0,241	18,3	2,22	16,1	18,6	287	1	1,17	1,16	5,345	77,3
2	4	1337,58	140	0,235	17,8	2,22	15,6	25,3	271	1	1,64	1,62	6,866	77,1
2	5	1719,75	180	0,210	16,0	2,22	13,7	28,7	284	1	2,11	2,09	8,170	75,9
2	6	1800	188,4	0,203	15,4	2,22	13,2	28,8	291	1	2,21	2,18	8,400	75,5
3	1	429,94	45	0,219	10,5	2,22	8,3	6,9	390	1	0,84	0,83	2,687	69,8
3	2	812,1	85	0,238	11,4	2,22	9,2	14,4	325	1	1,58	1,56	4,699	71,3
3	3	955,41	100	0,241	11,5	2,22	9,3	17,2	311	1	1,86	1,84	5,345	71,4
3	4	1337,58	140	0,235	11,2	2,22	9	23,3	295	1	2,60	2,58	6,866	71,0
3	5	1719,75	180	0,210	10,1	2,22	7,8	26,1	313	0	3,35	3,35	8,170	69,0
3	6	1800	188,4	0,203	9,7	2,22	7,5	26,1	322	0	3,50	3,50	8,400	68,3
4	1	429,94	45	0,219	6,6	2,22	4,4	5,8	462	0	1,33	1,33	2,687	59,0
4	2	812,1	85	0,238	7,2	2,22	5	12,4	378	0	2,50	2,50	4,699	61,3
4	3	955,41	100	0,241	7,3	2,22	5	14,8	361	0	2,95	2,95	5,345	61,6
4	4	1337,58	140	0,235	7,1	2,22	4,9	20	344	0	4,12	4,12	6,866	60,9
4	5	1719,75	180	0,210	6,3	2,22	4,1	21,8	375	0	5,30	5,30	8,170	57,6
4	6	1800	188,4	0,203	6,1	2,22	3,9	21,6	389	0	5,55	5,55	8,400	56,5

Таблица 3. Теоретическая тяговая характеристика трактора.

2.9 Анализ тягового расчета трактора.

Спроектированный трактор имеет следующие показатели.

Тяговый класс - 2

Рабочие скорости – 5…30 км/ч

Тип движителя – гусеничный

Количество рабочих передач при движении вперед – 4

Рабочий агрофон - целина

Рабочие скорости на первой передаче – 1,19 …5 км/ч

Тип двигателя - дизель

Номинальная мощность двигателя – 38,18 кВт

Номинальный удельный расход топлива – 231 г/кВт∙ч

Число цилиндров - 6

Расположение цилиндров - рядное

Тип камеры сгорания - неразделенная

Проанализировав тяговую характеристику трактора, можно сделать следующие выводы:

Трактор развивает максимальную тяговую мощность 19.91 кВт. При этом усилие на крюке составит 55.5 кН, а тяговый КПД – 81.2 %.

Диапазон Р_кр для различных передач:

1 передача: 9.5…11,5 кН

2 передача: 6.1…7.4 кН

3 передача: 3.7…4.6 кН

4 передача: 2.2…2.8 кН

5 передача: 1.2…1.6 кН.