Министерство науки и высшегообразования
РеспубликиКазахстан
Карагандинский Государственный технический
Университет
Кафедра: СДМ
Курсовой проект
Тема: Расчет и построение тягово –динамической характери-
стикитягача сгидромеханической трансмиссией.
Выполнил: ст-т. гр МАС-97
Черепанов С.В.
Проверил: преподаватель
Глотов Б.Н.
Караганда 2000г.
Введение
В последнее время преимущественное распространениена тягачах промышленного назначения получили гидромеханические трансмиссии(ГМТ), которые по сравнению с механическими трансмиссиями (МТ) обладаютследующими преимуществами:
-улучшаются эргономические показатели тягача врезультате уменьшения числа переключений передач и повышения плавностидвижения;
-существенно повышается проходимость по слабымгрунтам в результате устранения резких изменений усилий, действующих в контактемежду опорными поверхностями движителя и грунтом;
-улучшается динамикатягача вследствие повышения параметров разгона, особенно при трогании с места;
-отсутствие жестких кинематических связей вгидротрансформаторе приводит к снижению динамических перегрузок, возникающих врезультате резких изменений сопротивления и его циклических колебаний, что всвою очередь способствует увеличению срока эксплуатации тягача.
К основным недостаткамГМТ по сравнению с обычной МТ относят: снижение КПД, усложнение конструкции,повышение массы и стоимости. Однако при выполнении бульдозерных и погрузочно –разгрузочных работ использование ГМТ, несмотря на более низкий КПД, позволяетповысить производительность и топливную экономичность тягача.
Содержание
1. Введение
2. Техническая характеристика
3. Исходные данные
4. Техническая характеристикатрактора аналога
5. Определение массы проектируемоготягача
6. Определение мощности двигателя
7. Основные зависимости определяющиеработу гидротрансформатора
8. Определение тягового фактора ипередаточных чисел на всех передачах
9. Расчет и построение тягово –динамической характеристики
Исходные данные
1. Назначение – промышленный
2. Тип трансмиссии –гидромеханическая
3. Тяговый класс – 35
4. Режим работы – рабочий,транспортный
5. Количество передач переднего хода– 3.
6. Тип движителя – гусеничный
7. Дорожные условия.
А)коэффициент сопротивления качению f=0,05-0,08
Б)коэффициент сцепления jд=0,75-0,85
jмах=0,9-1,1
8. Трактор аналог Т-500
Характеристика трактора аналога.
Трактор аналог представляет собойбульдозер с рыхлителем ДЗ-141ХЛ который смонтирован на базе трактора Т-500тягового класса 35. Предназначен для разработки мерзлых грунтов с температуройдо – 200 С в промышленном, дорожном, нефтяном и гидротехническомстроительстве, вскрышных работ в горнодобывающей промышленности и сельскомхозяйстве.
Трактор Т-500 с переднимрасположением двигателя и задним расположением кабины имеет дизель с жидкостнымохлаждением, газотурбинным наддувом, промежуточным охлаждением наддувочноговоздуха и электорстартерной системой пуска из кабины водителя; трансмиссиягидромеханическая с использованием ряда узлов трактора Т-330. Коробка передач сразделением потока мощности по бортам, вальная, трехступенчатая, с шестернямипостоянного зацепления. Модификация трактора Т-35.01 отличается планетарнойкоробкой передач. Максимальное тяговое усилие при стопроцентном буксовании 735кН.
Так же имеется раздельно – агрегатная системауправления навесным оборудованием с тремя шестеренными насосами НШ-250-3НШ-100-3 и НШ10-3. Установлен односекционный четырехпозиционный распределитель с гидромеханическим сервоуправлением.
Таблица № 1. Техническиехарактеристики трактора Т-330. Трактор Тип
Скорости движения, км:
вперед
назад
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Дорожный просвет, мм:
Масса конструктивная, кг
Давление на грунт,
МПа(кгс/см2)
Расчетная мощность на крюке, кВт (л.с.)
Максимальное тяговое усилие, кН (кгс)
Гусеничный, промышленного назначения, тягового класса 25 т.
0…13
0…10,8
6075
3170
4265
488
38260
0,081 (0,81)
147,1 (200)
683 (68300) Двигатель
Марка
Тип
Мощность эксплуатационная, кВт (л.с.)
Рабочий объем, м3 (л)
Удельный расход топлива г/(кВт*ч) (г/(л.с.*ч))
Система пуска
Предпусковой обогрев
8ДВТ-330
Четырехтактный, 8-цилиндровый, V-образный, воздушного охлаждения с газотурбинным наддувом и неразделенной камерой сгорания (камера в поршне)
250 (340)
0,022 (22,6)
230 (170)
Электростартерная
Газовоздушный подогреватель
Продолжение таблицы № 1. Трансмиссия
Тип
Гидротрансформатор
Коробка передач
Реверсивный механизм
Вал отбора мощности
Тормоза
Карданные передачи
Главная передача
Бортовые передачи
Гидромеханическая, с разделением крутящего момента на бортовые передачи.
Одноступенчатый, комплексный, трехколесный, с центростремительной турбиной.
Механическая ступенчатая, двухвальная с продольными валами, косозубыми зубчатыми колесами постоянного зацепления, персональными гидроподжимными муфтами переключения передач, обеспечивающая по три скорости переднего и заднего хода.
Ступенчатый, соосный, планетарный, автономный на каждый борт, с блокировкой на переднем ходу ведущего элемента с ведомым; смонтирован в одном картере с коробкой передач.
Независимый (отбор мощности от коленчатого вала дизеля назад).
Ленточные, плавающего типа с гидроуправлением и механическим приводом на стоянке.
Открытого типа, с игольчатыми подшипниками
Два одноступенчатых редуктора с коническими зубчатыми колесами
Два двухступенчатых редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами
Продолжение таблицы № 1.
Ходовая система Тип
Эластичная трехточечная, включающая две гусеничные тележки, имеющие по 5 опорных катков с торсионной подвеской, натяжное колесо, два поддерживающих катка, механизм натяжения и сдавания, и балансирную балку, шарнирную соединенную с рамой трактора.
Кабина Тип
Двухместная, металлическая с теплоизоляцией, обогревом и приточной вентиляцией.
Управление Трактором
Навесным оборудованием
Гидравлическое
Электрогидравлическое
Определение массы проектируемого тягача.
Эксплуатационную массу промышленного тягача m3, (кг) определяют по номинальному тяговомуусилию Ркр.н, с использованием зависимостей:
для гусеничного mэ=Ркр.н/9,8= 51020 кг.
Ркр.н=50*104=50000Н.
Массу базового трактораполучаем отняв от полной массы трактора вес навесного оборудования mb=45785 (Т-500)
Определение мощности двигателя.
Ne=Ne.уд*mэ=8,4*54=429кВт.
где Ne.уд=Ne.уд.а(Fб.р.*mб.р/mэ+Fб*mб/mэ+Fc)=7*1*61350/51020=
=8,4 кВт.
где Ne.уд.а — рациональная энергонасыщенность агрегата,
Ne.уд.а=6,5…7,5 кВт;
Fб.р,Fб, Fc –вероятность агрегатирования тягача соответственно с бульдозерно – рыхлительным,бульдозерным оборудованием в скрепером, значения которых приведены в табл. П.1.
Для расчета двигателяпринимаем двигатель со следующими параметрами:
-максимальной мощностьюNemax=430 кВт
-минимальным числомоборотов Nmin=700 об/мин
-максимальным числомоборотов Nmax=1800 об/мин
Далее производится расчетпараметров внешней скоростной характеристики. По полученным значениям строитсявнешняя скоростная характеристика с регуляторной ветвью.
Определяем параметры внешнейскоростной характеристики.
Мощность двигателя
Nex=Nemax*n1(C1+C2*nx/nN-(nx/nN)2)/nN;
где nN,nx – соответственно номинальное и текущаячастота вращения коленчатого вала об/мин.
С1, С2– коэффициенты зависящие от типа камеры сгорания двигателя С1=1, С2=1,5
Значения эффективногокрутящего момента двигателя определяются:
М=3*104*Nex/pnx;
Для нахождения контрольныхточек выпишем значения мощности и крутящего момента двигателя при различныхчислах оборотов в минуту в пределах от 700 до 1800.
Таблица № 2. n об/мин 700 1000 1200 1400 1600 1800 1880
Ne, кВт 176,9 266,02 319 366 402 430
Me, н/м 2414 2541 2539 2497 2400 2282 /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Основные зависимости, определяющие работу гидротрансформатора.
Работа гидротрансформатора характеризуется следующимипоказателями:
КПДгидротрансформатора: hгт=NT/Nh=Mт*wт/Мн*wн=Кгт*iгт
где NT –мощность турбины, Вт;
Мт –крутящий момент турбины, Н*м;
wт — угловаяскорость турбины, об/с;
Nн — мощность насосного колеса, Вт;
Мн –крутящий момент насосного колеса, Вт;
wн –угловая скорость насосного колеса, об/с.
Коэффициенттрансформации момента кгт, характеризующий преобразующие свойства ГТ
Кгт=Мт/Мн=2,60
Наибольшее значениеКгт имеет на режиме трогания, когда угловая скорость турбины икинематическое передаточное отношение равны нулю. Это значение принятообозначить Кгт.0
Передаточноеотношение ГТ
iгт=nт/nн=wт/wн, 0£iгт£1
Крутящий момент,развиваемый насосным колесом и турбиной:
Мн=lн*r*wн2*Da2, Мн=lт*r*wн2*Da2
где: lн – коэффициентмомента насосного колеса;
lт –коэффициент момента турбины;
r — плотность рабочей жидкости, кг/м3;
Da – активный диаметр гидропередачи, м.
Зависимость КПД hгт,коэффициента трансформации кгт и коэффициента момента насосногоколеса lн отпередаточного отношения iгтназывается безразмерной характеристикой ГТ. Она может задаваться в табличномвиде или графически. На характеристике ГТ выделяют наиболее характерные точки,называемые параметрами характеристик ГТ. Нагрузочные и преобразующие свойстваГТ оцениваются следующими основными параметрами: коэффициентом трансформации нарежиме трогания кгт.0, характеризующие максимальные преобразующиесвойства ГТ; коэффициентом lн.м, определяющим энергоемкость ГТ; максимальным значениемКПД hгт.мах.
Для обеспечениянаилучших тяговых и скоростных качеств тягачей с гидродинамической передачейнеобходимо, чтобы двигатель и гидротрансформатор работали на согласованныхрежимах. Для двигателя это режим максимальной мощности, а для ГТ – режиммаксимального КПД. Согласование совместной работы двигателя и ГТ осуществляетсялибо применением согласующего редуктора, позволяющего использовать существующиеГТ, либо разработкой нового ГТ, геометрически подобного выбранному прототипу. Впервом случае необходимо определить передаточное число согласующего редуктора;во втором – определить активный диаметр ГТ. Определение передаточного числасогласующего редуктора производится по формуле
icр=/>
где: lн –коэффициент момента насосного колеса при максималь-
номзначении КПД ГТ;
wеNи меN – угловая скорость и момент двигателя, соответс-
твующие режиму максимальной мощности;
В– коэффициент использования двигателя по мощности,
В=0,9
hср – КПД согласующего редуктора, hср=0,98
В результатерасчетов может быть получено: iср>1,что свидетельствует об использовании понижающей передачи; iср
При соединении двигателя с ГТ через согласующийредуктор параметры двигателя следует привести к валу насосного колеса, используяследующие зависимости:
Ме.п=В*Ме*iср*hср; nе.п=ne/iср; Nе.п=B*Ne*hcр
При создании новогоГТ его активный диаметр определяется по формуле:
Da=/>=/>=0,491 м
Возможные режимысовместной работы двигателя с ГТ могут быть выявлены, если на приведеннуюхарактеристику ГТ. Полученная при этом характеристика называетсяхарактеристикой входа. Предельно возможные режимы совместной работы определяютсяточкой пересечения нагрузочных кривых ГТ с кривой Ме (рис.1)
Нагрузочнойхарактеристикой ГТ называется зависимость крутящего момента насосного колеса Мнот его угловой скорости wн.Построение нагрузочной характеристики производится с использованием формулы: Мн=lн*r*wн2*Da2 дляконкретных значений Da и lн.
Таблица № 3. Результатырасчетов нагрузочной характеристики ГТ
WН
iгт 0,2 0,4 0,6 0,8 1 11,68 334 325,9 319,9 313 305,4 299,2 16,16 640,04 626,1 614,7 601,4 586,8 574,94 20 980,3 959 941,7 921,4 899 880,7 23,3 1330,5 1301,6 1277 1250,3 1218 1193 26,6 1734 1696,4 1665,2 1629,3 1589 1556 30 2205 2157 2118,9 2073 2022 1981 33 2669,02 2563,9 2563,9 2508 2447 2397
Дляпостроения тяговой характеристики тягача необходима характеристика выходасистемы «двигатель – ГТ», показывающая изменение момента турбины Мтв функции его угловой
скорости wт (рис.2).
Построениехарактеристики выхода производится с использованием характеристики входа ибезразмерной характеристики ГТ в следующей последовательности. Для режимасовместной работы двигателя и ГТ характеризуемого точками пересечения Мни Ме.
Значения wто, Мтои Nто находимпо формулам:
wто=wно*iгт; Мто=Мно*Кгт.0; Nто=Мто*wто.
Выполняя вычисленияв указанном порядке для всего интервала iгт получим зависимости Мт=f(wт), Nт=f(wт). Результаты расчетов сводим в таблицу № 4.
Таблица № 4. Результатырасчетов характеристики выхода ГТ
iгт 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Мн 2210 2176 2152 2100 2054 2019
wн 30,06 30,11 30,18 30,25 30,37 30,46
Мт 5746 4852,48 3830,56 2940 2156,7 1413,3
wт 6,022 12,072 18,15 24,296 30,46
Nт 29221,6 49242,8 53361 52399,1 43039,9
Определение тягового фактора и передаточных чисел навсех передачах.
Для расширениядиапазона регулирования крутящего момента с целью обеспечения высокихэксплуатационных качеств промышленных тягачей гидродинамические передачидополняются механическими ступенчатыми коробками передач, образуя гидромеханическуюпередачу. При этом число передач переднего хода рекомендуется принимать от 3-хдо 4-х, из которых к основным (рабочим) передачам относят первую или первую ивторую.
Для оценки иопределения преобразующих свойств механической части используется понятиетягового фактора
U=iтр.м/rk, 1/м
Где iтр.м – передаточное число механической части трансмиссии;
rk– радиусведущего колеса (звездочки), м.
Для гусеничныхтягачей оптимальное значение тягового фактора на рабочих передачах переднегохода определяется из того, что максимальное тяговое усилие на крюке,ограниченное буксованием, должно достигаться при достаточно высоких значенияхКПД ГТ.
Для 1-ой передачи:
UI = iтр*м/rк=jкр.мах*Gсц/((1-f)*MeN*Kгт*hтр)=
=500506,2/(1-0,05)*2282*1,05*0,90=244,30
где: jкр.мах –максимальное касательное значение тягового усилия
Gсц – нормальная нагрузка на гусеничный движитель, Н;
f –коэффициент сопротивления качению;
Кгт –коэффициент трансформации ГТ, при допустимом значе-
нии КПД ГТравном 0,8.
Тяговый фактор на2-ой передаче гусеничного тягача:
UII=UI/q=244,30/1,65=148,06
где: q – знаменательгеометрической прогрессии, q=1,65…1,75.
Тяговый фактор навысшей передаче:
Uв=0,377*0,8*nт.мах/Vт.мах=0,3*1827,6/10=54,828
где: nт.мах – максимальная частота вращения турбины ГТ, об/мин.
Для гусеничныхтягачей с полужесткой подвеской рекомендуется принимать Vт.мах = 9…12 км/ч; c упругой 10…16км/ч; для колесных тягачей 30…50 км/ч.
При наличии четырехпередач тяговый фактор на III передаче не регламентируется, а определение UIIпроизводитсяпри q = 1,65.
Тяговый фактор на I и IIпередачах можно определить по приближенным формулам:
UI = (0,65…0,75)*Gсц/(MeN*hтр);
UII = (0,4…0,45)*Gсц/(MeN*hтр);
Расчет и построение тягово – динамической характеристики.
Тяговой характеристикойназывается график, зависимостей полезной мощности на крюке Nкр и действительной скорости движения тягача Vд на всех передачах, а так же коэффициента буксования d от силы тяги на крюке Ркр.
Для построениятяговой характеристики тягача в качестве исходного материала используется:выходная характеристика ГТ; зависимость коэффициента буксования d от силы тяги на крюке Ркр; значение тягового фактора U навсех передачах.
Для построениятяговой характеристики необходимо использовать следующие зависимости, покоторым строятся графики.
Теоретическаяскорость тягача, на:
I – передаче: Vт=p*nт/UI*30 = 3,14*1827,6/30*244,30=0,783 м/с
II – передаче: Vт=p*nт/UII*30 = 3,14*1827,6/30*148,08=1,29 м/с
III – передаче: Vт=p*nт/UIII*30 = 3,14*1827,6/30*54,828=3,48 м/с
Действительнаяскорость тягача:
Vд=Vт*(1-d), м/с.
Коэффициентбуксования рекомендуется определить по эмпирическим зависимостям для гусеничныхтягачей:
d=1-((1-(jкр/(jкр.мах-0,07)))0,15
где: jкр –удельная сила тяги, jкр=Ркр/Gсц.
Окружное усилие надвижителе для всех передач, в зависимости от крутящего момента турбинногоколеса Мт:
Рк1=Mт*UI*hм=5746*244,3*0,90=1263373
Рк2=Mт*UII*hм=5746*148,06*0,90=768470,04
Рк3=Mт*UIII*hм=5746*54,828*0,90=283537,5
где: hм – КПДмеханической части силовой передачи, hм=0,9
Силатяги на крюке тягача:
Pкр1=Pк1 – Рf=1263373-25025,31=1238347,7Н
Pкр2=Pк2 – Рf=768470-25025,31=743444,73Н
Pкр3=Pк3 – Рf=283537,3-25025,31=258511,97Н
где: Рf - силасопротивления движению тягача
Рf=f*Gсц=0,05*500506,2=25025,31Н
Полезная мощность накрюке:
Nкр=Ркр*Vд/1000
Таблица № 5. Результатырасчета исходных данных для построения тягово –динамической характеристики.№ передачи U, 1/м
Рк, Н
Ркр, Н
Vт, м/с
1
2
3
244,30
148,06
54,828
1263373
768470,04
283537,5
1238347,7
743444,73
258511,97
0,783
1,29
3,48 /> /> /> /> /> /> />
Построениетягово – динамической характеристики производится в следующейпоследовательности.
1. В первой четверти строят графикзависимости коэффициента буксования d от силы тяги накрюке Ркр, а в третьей четверти выходную характеристику системы «ДВС– ГТ».
2. Во второй четверти, строят лучи,представляющие собой зависимости теоретической скорости тягача Vт от числа оборотов nт для каждой передачи.
3. В четвертой четверти, для каждойпередачи строят лучи зависимости касательной силы тяги Рк от моментаМт. Начало отсчета силы Рк при этом нужно сместить отточки О влево, на величину силы сопротивления движению тягача Pf в точку О1.
4. Через произвольную точку 1 назависимости Мт=f(nт)проведем вертикальную линию до пересечения с лучами Vт=f(nт) первойпередачи в точке 2 и горизонтальную линию до пересечения с лучами Рк=f(Мт) в точке 3. Горизонтальная линия проведенная через точку 2 до пересечения сосью ординат в точке 4, отсекает на ней отрезок, соответствующий теоретическойскорости. Проведя вертикальную линию через точку 3 до пересечения с осьюабсцисс в точке 5, находим величину силы Ркр. Продлив эту вертикальдо пересечения с кривой буксования в точке 6, находим величину d.
5. По найденным значениям Vт и d находим величину теоретическойскорости Vд. Отложивее на вертикали, продленной за точку 6, находим точку 7, которая будет лежатьна кривой Vд.Повторяя эти построения для других точек на кривой Мт, находим рядточек, соединив которые плавной кривой, получим зависимость скорости Vд от силы Ркр для первой передачи во всемдиапазоне регулирования. Аналогично строятся кривые и для других передач.
6. Используя полученные зависимостискорости Vд от силыРкр, для каждой точки определяем значение мощности на крюке Nкр. Отложив это значение на вертикали, в принятоммасштабе от оси Ркр, получим точку 8. Выполняя построения для всегодиапазона изменения Vд исоединяя найденные точки, получаем кривую зависимости мощности Nкр от силы тяги Ркр.
Таблица № 6. Результатырасчета и построение тягово – динамиче-
скойхарактеристики.
№
точки
Мт, Н*м
nт,
Vт, м*с
Ркр, кН d
Vд, м*с
Nкр, кВт I передача
1
2
3
4
5
2110
2765
3370
4095
4890
1540
1225
920
644
301
0,622
0,582
0,401
0,275
0,125
436
583
721
887
1060
0,06
0,085
0,115
0,18
0,27
0,622
0,51
0,35
0,225
0,091
271
297,3
252
199,5
96,46 II передача
1
2
3
4
5
2110
2765
3370
4095
4890
1540
1225
920
644
301
1,31
1,075
0,75
0,525
0,25
268
346
429
541
631
0,028
0,045
0,052
0,077
0,093
1,273
1,02
0,711
0,484
0,226
341,16
352,92
305,08
261,84
142,60 III передача
1
2
3
4
5
2110
2765
3370
4095
4890
1540
1225
920
644
301
2,96
2,41
1,75
1,225
0,587
79
108
141
165
207
0,011
0,014
0,016
0,02
0,022
2,92
2,376
1,772
1,20
0,574
230,68
256,6
242,52
198
117,9 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Литература
1. К.И. Завьялов «Конструктивные иэксплуатационные особенности промышленных тракторов»
2. Метод. Указания по дисциплине«ДВС» Глотов Б.Н.