Определение силы тяги на ведущих элементах машины

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа по дисциплине «Теория рабочих процессов ТТМ» является завершающим этапом изучения указанного курса.

   Цель работы: 1. Ознакомиться с методами расчета параметров трансмиссии специальной автотракторной техники.

  2. Ознакомиться с методами расчета тяговых и динамических характеристик для специальной автотракторной техники.

  3. Изучить методику определения сил сопротивления при движении ТТМ и построения тягового баланса.

  4. Освоить методику построения динамической характеристики специальной автомобильной техники и приобретение навыков использования динамической характеристики для решения практических задач.

            5.Ознакомиться с методикой расчета показателей устойчивости специальной автомобильной техники.

Определение силы тяги на ведущих элементах машины

Производится расчет максимального крутящего момента на движителе ТТМ по формуле:

 

 

                                 (1.1)

 

 

где М_к - вращающий момент на колесе (или ведущей звездочке), Н´м;

M_e - крутящий момент двигателя, Н´м;

 i_к - передаточное число коробки передач;

 i_g - передаточное число дополнительной коробки;

 i_о  - передаточное число главной передачи;

h_тр - коэффициент полезного действия трансмиссии.

 

 

 

Рис. 1.1 Схемы ступенчатых силовых передач автомобилей:                                        трехосный с приводом на две оси.

 

М_к^1н =883х5,26х2,28х8,21х0,8=69552,8 Н´М

М_к^1в =883х5,26х1,23х8,21х0,8=37521,9 Н´М

М_к^2н =883х2,9х2,28х8,21х0,8=38346,6 Н´М

М_к^2в =883´2,9´1,23´8,21´0,8=20687 Н´М

М_к^3н =883´1,52´2,28´8,21´0,8=20098,9 Н´М

М_к^3в =883´1,52´1,23´8,21´0,8=10842,8 Н´М

М_к^4н =883´1´2,28´8,21´0,8=13223 Н´М

М_к^4в =883´1´1,23´8,21´0,8=7133,4 Н´М

М_к^5н =883´0,664´2,28´8,21´0,8=8780,1 Н´М

М_к^5в =883´0,664´1,23´8,21´0,8=4736,6 Н´М

 

 

Далее определяется значение максимальной силы тяги на колесе (звездочке) по формуле:

 

                                             (1.2)

где Р_к - значение силы тяги на колесе (звездочке) Н;

    r_к  - радиус качения колеса, м.

 

P_k^1н = Н

P_k^1в = Н

P_k^2н = Н

P_k^2в =  Н

P_k^3н =  Н

P_k^3в =  Н

P_k^4н =  Н

P_k^4в = Н

P_k^5н =  Н

P_k^5в =  Н

 

Для определения значения скорости движения ТТМ, соответствующей максимальному значению силы тяги на ведущих элементах машины можно воспользоваться следующей формулой:

 

                    V_к =                                                (1.3)

 

где n - скорость вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

V_к - скорость движения ТТМ, соответствующая n, км/час.

n=1500 (об/мин)

 

   V_k^1н =  км/час     

   V_k^1в = 5,61 км/час

                   

    V_k^2н = 5,49 км/час.

 

    V_k^2в = 10,17 км/час.

 

    V_k^3н = 10,48 км/час

 

    V_k^3в = 19,41 км/час.

 

    V_k^4н = 15,92 км/час.

 

    V_k^4в = 29,51 км/час.

 

    V_k^5н = 23,98 км/час.

 

    V_k^5в = 44,41 км/час.

 

Полученные значения заносим в таблицу 1.1

 

Таблица 1.1

Результаты расчёта тяговой силы на ведущих элементах машины:

Передача КПП	Ik	Ig	Mk	Pk	Vk
1н	5,26	2,28	69552,8	131978,8	3,03
1в	5,26	1,23	37521,9	71199,1	5,61
2н	2,90	2,28	38346,6	72764	5,49
2в	2,90	1,23	20687	39254,3	10,17
3н	1,52	2,28	20098,9	38138,3	10,48
3в	1,52	1,23	10842,8	20574,6	19,41
4н	1	2,28	13223	25091,1	15,92
4в	1	1, 23	7133,4	13535,9	29,51
5н	0,66 4	2,28	8780,1	16660,53	23,98
5в	0,664	1, 23	4736,6	8987,9	44,1

Определение сил сопротивления движению и построение тягового

Баланса

 

На основании справочных данных и коэффициентов сопротивления качению колес определяются значения силы сопротивления качению по формуле:

 

Р_f  = G_a ´ f,                                                   (3.1)

                                                            

 где Р_f - значение силы сопротивления качению, Н;

      G_a - вес машины, Н;

      f- коэффициент сопротивления качению. f=0,014

P_f = 240000´0, 014 = 3360 (H)           G_a = 24000 (кг) = 240000 (Н)

 

При движении колесной машины на подъемах и спусках она испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от крутизны подъема и рассчитывается по формуле:

 

 Р_h  = G_a ´ sin a = G_a ´i_под ,                                   (3.2)                                  

 

a - значение угла подъема (спуска), град;

      i_под - величина уклона, которая определяется как отношение          

            величины превышения к величине заложения.

 

при 5^о: P_h = 240000 ´ 0,0872 = 20928,0 (Н)

при 10^о: P_h = 240000 ´ 0,1736 = 41664 (Н)

при 15^о: P_h =240000 ´ 0,2588 = 62112 (Н)

при 20^о: P_h = 240000 ´ 0,342 = 82080 (Н)

при 25^о: P_h = 240000  ´ 0,4226 = 101424 (Н)

при 30^о: P_h = 240000 ´ 0,5 = 120000 (Н)

                                                            

Таблица 3.1

Результаты расчета силы сопротивления подъему

 

a (град)	5	10	15	20	25	30
Ph, (Н)	20928	41664	62112	82080	101424	120000

 

Далее определяются значения сил сопротивления воздушной среды Р _w для различных скоростей движения с интервалом в 10 км/час. Указанные значения определяются по следующей формуле:

 

Р_w = К_w ´ F_a ´ (V_a)²   ,                                                         (3.3)

 

где К_w  - коэффициент сопротивления воздуха, н´с²/м⁴;

   F_a - лобовая площадь машины, м²;

   V_a - скорость движения машины, м/с.

             K_w =0,7 Н´с²/м⁴

    F_a = B ´ H,                                                (3.4)

 

где B- ширина колеи передних колес машины, B=1,95 (м)

    H- габаритная высота машины, H=3,7 (м)

 

F_a = 1,95´3,7 = 7,2 м²

 

P_w = 0,7 ´7,2 ´ 2,78² =38,95 (Н)

P_w = 0,7 ´7,2 ´ 5,56² = 155,8 (Н)

P_w = 0,7 ´ 7,2 ´ 8,3² =347,2 (Н)

P_w = 0,7 ´7,2 ´ 11,1² =620,9 (Н)

P_w = 0,7´7,2 ´ 13,9² = 953,1 (Н)

P_w = 0,7 ´ 7,2 ´ 16,7² = 1405,6 (Н)

P_w = 0,7 ´ 7,2 ´ 18,1² =1651,2 (Н)

Таблица 3.2

Результаты расчета силы сопротивления воздушной среды

 

Va, (км/час)	10	20	30	40	50	60	65
Pw,(Н)	38,95	155,8	347,2	620,9	953,1	1405,6	1651,2

 

 

рис.3.1.График сил сопротивления воздушной среды

 

Расчет силы сопротивления разгону P_j  производится для каждой из передач коробки передач и высшей передачи раздаточной коробки при значении ускорения машины j_a = 1 м/с². Значения силы P_j определяются по следующей формуле:

 

P_j = G_a ´ j_a ´ d_a  / g,                                 (3.5)                       

 

где P_j - суммарная сила сопротивления разгону, Н;

  G_a - вес машины, Н;

  j_a - ускорение машины, м/c²;

d_a  - коэффициент учета вращающихся масс;

g - ускорение силы тяжести, (g = 9,81 м/с²).

При этом значение коэффициента учета вращающихся масс определяется по эмпирической формуле:

 

                      d_a   = 1,05 + 0,07 ´ (I_к) ²,                         (3.6)                   

 

где I _к - передаточное число коробки передач.

 

Полученные значения заносятся в таблицу 

 

d_a1 = 1,05 + 0,07 ´ (5,26)² = 2,99

d_a2 = 1,05 + 0,07 ´ (2,90)² = 1,64

d_a3 = 1,05 + 0,07 ´ (1,52)² = 1,21

d_a4 = 1,05 + 0,07 ´ (1,00)² = 1,12

d_a5 = 1,05 + 0,07 ´ (0,66)² = 1,08

 

 

 

 

Таблица 3.3

 

Результаты расчета суммарной силы сопротивления разгону

     

№ передачи	Ik	da	Рj
1	5,26	2,99	73149,9
2	2,90	1,64	40163,3
3	1,52	1,21	29602,5
4	1	1,12	27400,6
5	0,66	1,08	26422,0

 

 Далее производится расчет суммарной силы сопротивлению движению.

 

                                               (3.7)

 

при a = 0^o:                                           при a = 5^o:

P_сум10 =4320 +38,95= 4358,95(Н)                   P_сум10 =4320 +38,95+20928 =25286,9 (Н)

P_сум20 = 4475,8 (Н)                                           P_сум20= 25403,8 (Н)

P_сум30 = 4667,2 (Н)                                          P_сум30 = 25595,2 (Н)

P_сум40 = 4940,9 (Н)                                          P_сум40 = 25868,9 (Н)

P_сум50 = 5273,1 (Н)                                          P_сум50 = 26201,1 (Н)

P_сум60 = 5725,6(Н)                                          P_сум60 = 26653,6 (Н)

P_сум65 = 5971,3 (Н)                                          P_сум65 = 26899,3 (Н)

 

при a = 10^o:                                              при a = 15^o:

P_сум10 = 46022,9 (Н)                                       P_сум10 = 66470,9 (Н)

P_сум20 = 46139,8(Н)                                        P_сум20 = 66587,8 (Н)

P_сум30 = 46331,2 (Н)                                   P_сум30 = 66779,2 (Н)

P_сум40 = 46604,9 (Н)                                      P_сум40 = 67052,9 (Н)

P_сум50 = 46937,1 (Н)                                       P_сум50 = 67385,1 (Н)

P_сум60 = 47389,6 (Н)                                        P_сум60 = 67837,6 (Н)

P_сум65 = 47635,3 (Н)                                       P_сум65 = 68083,3 (Н)

 

                       

 

Результаты расчета заносятся в таблицу и на основании этих данных строится график тягового баланса.

 

Таблица 3.4

Результаты расчета суммарной силы сопротивлению движению

 

Va (км/час)		10	20	30	40	50	60	65
Рсум, (н)	a = 0o	4358,95	4475,8	4667,2	4940,9	5273,1	5725,6	5971,3
	a = 5o	25286,9	25403,8	25595,2	25868,9	26201,1	26653,6	26899,3
	a =10o	46022,9	46139,8	46331,2	46604,9	46937,1	47389,6	47635,3
	a = 15o	66470,9	66587,8	66779,2	67052,9	67385,1	67837,6	68083,3

 

 

 

Рис. 3.2. График тягового баланса автомобиля КрАЗ-250

 

 

         4. Построение мощностного баланса автомобильной техники

Используя при анализе динамических свойств автомобиля сопоставление тяговой мощности N_к с мощностью, затрачиваемой на все виды дорожных сопротивлений движению, можно записать уравнение баланса мощностей (кВт) в следующем виде:

 

                     (4.1)

 

где N_f – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению, кВт;

N_h – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления подъему, кВт;

N_w – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушной среды, кВт;

N_j – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления разгону, кВт.

 

При построении мощностного баланса автомобиля можно определить значение максимального угла подъема автомобиля на каждой передаче для заданных условий движения. При его определении следует учитывать, что автомобиль движется без ускорения, и, следовательно, мощность сопротивления разгону N_j равняется нулю. Уравнение баланса мощностей примет следующий вид:

 

         (4.2)

 

Значения тяговой мощности определяются на основании данных расчета силы тяги на колесе и скорости движения ТТМ, по следующей формуле:

                                           (4.3)

 

где Р_к - значение силы тяги на колесе, Н;

  V_а - скорость движения ТТМ, м/с.

Полученные значения заносятся в таблицы по каждой передаче.

 

1 передача:                                                                  2 передача:

кВт                                  

кВт                                                       85,0 кВт                                

кВт                                                       101,6 кВт 

кВт                                                   116,3 кВт

136,3 кВт                                                   135,8 кВт

 

3 передача:                                                                   4 передача:

кВт                                    

     85,3 кВт                                                            85,4 кВт

     101,4 кВт                                            101,3 кВт  

116,8 кВт                                                     116,5 кВт

135,8 кВт                                                   135,8 кВт

 

5 передача:

 кВт

     85,3 кВт   

 101,2 кВт

116,4 кВт

    135,9 кВт

                                                                                      Таблица 4.1

Результаты расчета значений тяговой мощности автомобилей

 

1 передача
№	1	2	3	4	5
n; (об/мин)	1000	1200	1400	1600	2100
Vа ;(км/ч)	3,7	4,5	5,2	5,9	7,8
Pk ;(H)	64506,48	68538,14	70553,97	70957,13	62893,82
Nк;(кВт)	66,4	85,67	101,9	116,37	136,3

 

2 передача
№	1	2	3	4	5
n; (об/мин)	1000	1200	1400	1600	2100
Vа ;(км/ч)	6,8	8,1	9,4	10,7	14,1
Pk ;(H)	35564,41	37787,2	38898,6	39120,9	34675,3
Nк;(кВт)	67,2	85,0	101,6	116,3	135,8

 

3 передача
№	1	2	3	4	5
n; (об/мин)	1000	1200	1400	1600	2100
Vа ;(км/ч)	12,9	15,5	17,9	20,5	26,9
Pk ;(H)	18640,7	19805,7	20388,2	20504,7	18174,6
Nк;(кВт)	66,8	85,3	101,4	116,8	135,8

 

 

4 передача
№	1	2	3	4	5
n; (об/мин)	1000	1200	1400	1600	2100
Vа ;(км/ч)	19,7	23,6	27,2	31,1	40,9
Pk ;(H)	12263,6	13030,1	13413,3	13490	11957
Nк;(кВт)	67,1	85,4	101,3	116,5	135,8

 

5 передача
№	1	2	3	4	5
n; (об/мин)	1000	1200	1400	1600	2100
Vа ;(км/ч)	29,6	35,5	40,9	46,8	61,6
Pk;(H)	8143,0	8652	8906,4	8957,3	7939,5
Nк;(кВт)	66,9	85,3	101,2	116,4	135,9

Продолжение таблицы 4.1

 

 

На основании данных значений тяговой мощности, полученных при расчетах для каждой передачи, строятся графики мощностной характеристики, т.е. зависимости тяговой мощности на каждой из рассматриваемых передач от скорости движения автомобиля.

 

 

 

Рис. 4.1. График зависимости тяговой мощности автомобиля Краз-250 на каждой из рассматриваемых передач от скорости движения автомобиля

 

Далее для построения мощностного баланса определяются значения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению машины.

На начальном этапе определяются значения мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления качению для различных скоростей движения с интервалом в 10 км/час. Указанные значения определяются по следующей формуле:

                 (4.4)

 

где G_a - вес машины, Н;

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

кВт

 

Значения мощности сопротивления воздушной среды для различных скоростей движения также находятся с интервалом в 10 км/час. Указанные значения определяются по следующей формуле:

 

                                                                         (4.5)

 

где K_w - коэффициент сопротивления воздуха, Нс²/м⁴;

    F_a - лобовая площадь машины, м²;

    V_а - скорость движения ТТМ, м/с.

 

Полученные значения заносятся в таблицу.

 

 

Таблица 4.2

При 40 км/ч:

4 передача: = 0,26

5 передача:   = 0,09

 

                                  Таблица 5.2

             Значение ускорений машины на различных передачах

 

	1-я передача	2 –я  передача	3 –я передача	4 –я  передача	5-я передача
20 км/час	-	-	0,55	-	-
40 км/час	-	-	-	0,26	0,15
60 км/час	-	-	-	-	0,09

 

 

1.5 График зависимости динамического фактора от скорости

 

1.Прямая y₁=0,25 пересекает кривую динамического фактора в двух точках. В этом случаи машина может двигаться равномерно только на скоростях 1,2 м/с и 5,5 м/с, так как в этом случае выполняется условие D_ІІ=Ψ₃ при v₁=1,2 м/с и v₂= 5,5м/с. В интервале скоростей от v₁ до v₂ машина может разгоняться. При скоростях меньше v₁ и больше v₂  машина будет двигаться за счет собственной кинетической энергии, а так же энергии маховика и других вращающихся частиц.

2.Прямая y₂=0,16 пересекает кривую динамического фактора в одной точке. В этом случае равномерное движение машины возможно со скоростью примерно 5 м/с так как D_a=y, в остальных случаях если D_a> y, непосредственно этой прямой, то машина будет разгонятся (1_в и 2_в), а если значение динамического фактора будет D_a< y то автомобиль будет двигаться с замедлением (3_в, 4_в и 5_в).

3.Прямая y₃=0,01 не пересекает ни одну из кривых динамического фактора. В этом случае автомобиль будет разгоняться на всех передачах, так как D_a> y.

4.Прямая y₄=0,2 проходит между кривыми динамического фактора. В этом случае равномерное движение машины не будет так как на первой повышенной и на второй повышенной передаче значения D_a> y и следовательно автомобиль будет разгоняться, а на все стальных передачах, где D_a< y автомобиль будет двигаться с замедлением за счет энергии маховика и других вращающихся частей автомобиля.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Краткий автомобильный справочник НИИАТ. – М: Транспорт,1994.

2. Копотилов В.И. «Тяговый расчет автомобиля». Учебное пособие. Тюмень, ТюмИИ: 1980 – 49с.

3. Методические указания по дисциплине «Теория рабочих процессов».

Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2003.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа по дисциплине «Теория рабочих процессов ТТМ» является завершающим этапом изучения указанного курса.

   Цель работы: 1. Ознакомиться с методами расчета параметров трансмиссии специальной автотракторной техники.

  2. Ознакомиться с методами расчета тяговых и динамических характеристик для специальной автотракторной техники.

  3. Изучить методику определения сил сопротивления при движении ТТМ и построения тягового баланса.

  4. Освоить методику построения динамической характеристики специальной автомобильной техники и приобретение навыков использования динамической характеристики для решения практических задач.

            5.Ознакомиться с методикой расчета показателей устойчивости специальной автомобильной техники.

Определение силы тяги на ведущих элементах машины

Производится расчет максимального крутящего момента на движителе ТТМ по формуле:

 

 

                                 (1.1)

 

 

где М_к - вращающий момент на колесе (или ведущей звездочке), Н´м;

M_e - крутящий момент двигателя, Н´м;

 i_к - передаточное число коробки передач;

 i_g - передаточное число дополнительной коробки;

 i_о  - передаточное число главной передачи;

h_тр - коэффициент полезного действия трансмиссии.

 

 

 

Рис. 1.1 Схемы ступенчатых силовых передач автомобилей:                                        трехосный с приводом на две оси.

 

М_к^1н =883х5,26х2,28х8,21х0,8=69552,8 Н´М

М_к^1в =883х5,26х1,23х8,21х0,8=37521,9 Н´М

М_к^2н =883х2,9х2,28х8,21х0,8=38346,6 Н´М

М_к^2в =883´2,9´1,23´8,21´0,8=20687 Н´М

М_к^3н =883´1,52´2,28´8,21´0,8=20098,9 Н´М

М_к^3в =883´1,52´1,23´8,21´0,8=10842,8 Н´М

М_к^4н =883´1´2,28´8,21´0,8=13223 Н´М

М_к^4в =883´1´1,23´8,21´0,8=7133,4 Н´М

М_к^5н =883´0,664´2,28´8,21´0,8=8780,1 Н´М

М_к^5в =883´0,664´1,23´8,21´0,8=4736,6 Н´М

 

 

Далее определяется значение максимальной силы тяги на колесе (звездочке) по формуле:

 

                                             (1.2)

где Р_к - значение силы тяги на колесе (звездочке) Н;

    r_к  - радиус качения колеса, м.

 

P_k^1н = Н

P_k^1в = Н

P_k^2н = Н

P_k^2в =  Н

P_k^3н =  Н

P_k^3в =  Н

P_k^4н =  Н

P_k^4в = Н

P_k^5н =  Н

P_k^5в =  Н

 

Для определения значения скорости движения ТТМ, соответствующей максимальному значению силы тяги на ведущих элементах машины можно воспользоваться следующей формулой:

 

                    V_к =                                                (1.3)

 

где n - скорость вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;

V_к - скорость движения ТТМ, соответствующая n, км/час.

n=1500 (об/мин)

 

   V_k^1н =  км/час     

   V_k^1в = 5,61 км/час

                   

    V_k^2н = 5,49 км/час.

 

    V_k^2в = 10,17 км/час.

 

    V_k^3н = 10,48 км/час

 

    V_k^3в = 19,41 км/час.

 

    V_k^4н = 15,92 км/час.

 

    V_k^4в = 29,51 км/час.

 

    V_k^5н = 23,98 км/час.

 

    V_k^5в = 44,41 км/час.

 

Полученные значения заносим в таблицу 1.1

 

Таблица 1.1

Результаты расчёта тяговой силы на ведущих элементах машины:

Передача КПП	Ik	Ig	Mk	Pk	Vk
1н	5,26	2,28	69552,8	131978,8	3,03
1в	5,26	1,23	37521,9	71199,1	5,61
2н	2,90	2,28	38346,6	72764	5,49
2в	2,90	1,23	20687	39254,3	10,17
3н	1,52	2,28	20098,9	38138,3	10,48
3в	1,52	1,23	10842,8	20574,6	19,41
4н	1	2,28	13223	25091,1	15,92
4в	1	1, 23	7133,4	13535,9	29,51
5н	0,66 4	2,28	8780,1	16660,53	23,98
5в	0,664	1, 23	4736,6	8987,9	44,1