Определение максимальной мощности и построение расчетной внешней скоростной характеристики двигателя

Введем в расчет термин "расчетный режим" работы трактора, соответствующий Р_н и Величины Р_н и задаются в качестве исходных данных для тягового расчета. Значение Р_н должно соответствовать типажу тракторов. Величина может находиться в интервале:

для колесных тракторов - 2, 5¸2, 8м/с (9¸10км/ч);

для гусеничных тракторов -1,65¸2,5м/с (6¸9км/ч).

Тяговая мощность трактора на расчетном режиме равна:

(P_н, кН; , м/с)

Мощность двигателя на расчетном режиме, соответствующая тяговой мощности трактора:

где тяговый к.п.д. трактора.

Максимальная мощность двигателя больше расчетной на величину коэффициента использования мощности двигателя

Запас мощности необходим для трогания трактора с места и преодоления случайных сопротивлений. Величина должна находиться в интервале 0,8 0,9.

Расчетная формула для в окончательном виде:

= (2)

Тяговый к.п.д. трактора определяется как произведение:

, где:

– к.п.д. механической трансмиссии;

- к.п.д. ведущего участка гусеничного обвода;

- к.п.д., учитывающий потери мощности на самопередвижение;

- к.п.д., учитывающий потери мощности от буксования.

Составляющие тягового к.п.д. рассчитываются следующим образом:

, где

- к.п.д. фрикционных муфт (главной муфты, индивидуальных фрикционов в коробке передач, фрикционных муфт поворота)

к.п.д. карданных передач;

и - одной пары, соответственно, цилиндрических и конических зубчатых колес;

n и m - число пар, одновременно работающих на передачу крутящего момента.

Значение следует выбрать из указанного интервала, ориентируясь на кинематическую схему трансмиссии прототипа. Минимальное значение соответствует трансмиссии с индивидуальными фрикционами.

К.п.д. ведущего участка гусеничного обвода является функцией длины звена гусеницы и скорости движения трактора.

Для сельскохозяйственных гусеничных тракторов он равен:

= 0,90 ¸ 0,95

Расчет выполняется следующим образом:

= = = .

Учитывая известную зависимость между Р_н и G, можно получить:

К.п.д., учитывающий потери мощности от буксования:

Допускаемое буксование можно принять [1]: для колёсного 4К2 – 0,18 для колёсного 4К4 – 0,16 0,18; для гусеничного 0,05 0,06.

У современных тракторов тяговый к.п.д. на расчетном режиме движения обычно равен:

Двигатель для проектируемого трактора подбирается по величине максимальной мощности из числа серийно выпускаемых дизельных моторов (Приложение II). Внешняя скоростная характеристика для серийного двигателя известна (Приложение III).

Если возникают затруднения с выбором серийного двигателя, можно ориентировочно рассчитать внешнюю характеристику проектируемого двигателя по формулам, известным из теории двигателей.

Например, формула кубического трехчлена [2; 4].для внешней скоростной характеристики дизеля имеет вид:

текущее значение частоты вращения двигателя;

- частота вращения при .

Величиной следует задаться из интервала 1700 2200 об./мин.

Коэффициент и характеризуют способ смесеобразования дизельного двигателя:

1,3 - для вихревой камеры;

Двигатели с вихревой камерой работают с меньшими динамическими нагрузками, но имеют значительно больший удельный расход горючего, чем двигатели с непосредственным впрыском.

Регуляторный участок характеристики от до максимальной частоты вращения холостого хода допускается изображать прямой линией. Частотой вращения холостого хода следует задаться:

= (1,08 – 1,1) .

Характеристику по мощности необходимо пересчитать в характеристику по моменту:

= 9551 , Н м (кВт; об/мин)

Часовой расход топлива на внешней характеристике можно приближенно определить, например, по эмпирической формуле А.Д. Халкиопова [4].:

0,041 , кг/ч

( и – кВт)

Расход топлива на регулярном участке характеристики можно приближенно изобразить прямой линией.

При холостых оборотах = 0,079 кг/ч (квт).

Удельный расход топлива для двигателя рассчитывается по формуле:

, г/кВт ч (кг/ч, кВт)

Результаты расчета оформляются в виде таблицы значений, , и q_e при различных и переносятся на графики (см. рис.1)

Целесообразно после выбора двигателя рассчитать показатель энергонасыщенности трактора:

, кВт/кН

Результаты расчета следует сравнить с прототипом.

Пример

Определить максимальную мощность и построить внешнюю скоростную характеристику двигателя для гусеничного с/х трактора общего назначения (пахотного) тягового класса 3 тс (30 кН).

Основываясь на рекомендациях, проведенных выше, принимаем расчетное значение величины рабочей скорости равным 2,2 м/с (8 км/ч). Коэффициент использования мощности принимаем 0,9.

Определим, используя ранее приведенные зависимости, расчетное значение тягового коэффициента полезного действия трактора и его составляющих при номинальной мощности:

1 - 0,05 = 0,95

= = = 0,84

Значение и ¦ принимаем для расчетного типа поверхности движения по таблице1.

Принимаем также = 0,9; = 0,95.

Тогда тяговой к.п.д. трактора будет равен:

Максимальное значение мощности двигателя определим по формуле (2):

= = = 108 кВт.

Округляем полученное значение до 110 кВт и выбираем из числа серийных последнюю модель завода «Серп и молот» дизельный двигатель СМД-60. Максимальная эффективная мощность этого двигателя равна 150 л.с. (110 квт) при 2000 об/мин.

Показатель энергонасыщенности для проектируемого трактора равен:

Е = 110/60 = 1,83 квт/кН,

что значительно выше, чем у серийного трактора ДТ-75М (0,87 квт/кН), но соответствует требованиям, предъявляемым к энергонасыщенным тракторам типа ВТ-200 (Е=2,45 квт/кН).

Значение N_e и G_T при различных снимаем с внешней скоростной характеристики серийного двигателя. Величины М_д и рассчитываем по рекомендованным выше формулам.

Результаты расчета заносим в таблицу 3.

Скоростная характеристика дизеля

Таблица 3

n, об/мин
, кВт	88,5	95,0	100,0	104,0	106,5	109,0	110,0
	23,8	24,9	25,3	25,8	26,2	26,7	27,8	6,3
								-

По данным таблицы строим графики внешних скоростных характеристик двигателя. Графики нужно расположить так, как показано на рис.1.Частота вращения двигателя в точке 0 не равна нулю.