Расчет и построение тягово-динамической характеристики тягача с гидромеханической трансмиссиейВведение В последнее время преимущественное распространение на тягачах промышленного назначения получили гидромеханические трансмиссии (ГМТ), которые по сравнению с механическими трансмиссиями (МТ) обладают следующими преимуществами: -улучшаются эргономические показатели тягача в результате уменьшения числа переключений передач и повышения плавности движения; -существенно повышается проходимость по слабым грунтам в результате устранения резких изменений усилий, действующих в контакте между опорными поверхностями движителя и грунтом; -улучшается динамика тягача вследствие повышения параметров разгона, особенно при трогании с места; -отсутствие жестких кинематических связей в гидротрансформаторе приводит к снижению динамических перегрузок, возникающих в результате резких изменений сопротивления и его циклических колебаний, что в свою очередь способствует увеличению срока эксплуатации тягача. К основным недостаткам ГМТ 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, позволяет повысить производительность и топливную экономичность тягача. Содержание 1. Введение 2. Техническая характеристика 3. Исходные данные 4. Техническая характеристика трактора аналога 5. Определение массы проектируемого тягача 6. Определение мощности двигателя 7. Основные зависимости определяющие работу гидротрансформатора 8. Определение тягового фактора и передаточных 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 j д =0,75-0,85 j мах =0,9-1,1 8. Трактор аналог Т-500 Характеристика трактора аналога. Трактор аналог представляет собой бульдозер с рыхлителем ДЗ-141ХЛ который смонтирован на базе трактора Т-500 тягового класса 35. Предназначен для разработки мерзлых грунтов с температурой до – 20 0 С в промышленном, дорожном, нефтяном и гидротехническом строительстве, вскрышных работ в горнодобывающей промышленности и сельском хозяйстве. Трактор Т-500 с передним расположением двигателя и задним расположением кабины имеет дизель с жидкостным охлаждением, газотурбинным наддувом, промежуточным охлаждением наддувочного воздуха и электорстартерной системой пуска из кабины водителя; трансмиссия гидромеханическая с использованием ряда узлов трактора Т-330. Коробка передач с разделением потока мощности по бортам, вальная, трехступенчатая, с шестернями постоянного зацепления. Модификация трактора Т-35.01 отличается планетарной коробкой передач. Максимальное тяговое усилие при стопроцентном буксовании 735 кН. Так же имеется раздельно – агрегатная система управления навесным оборудованием с тремя шестеренными насосами НШ-250-3 НШ-100-3 и НШ10-3. Установлен односекционный четырехпозиционный распределитель с гидромеханическим сервоуправлением. Таблица № 1. Технические характеристики трактора Т-330.
Эксплуатационную массу промышленного тягача m 3 , (кг) определяют по номинальному тяговому усилию Р кр.н , с использованием зависимостей: для гусеничного m э =Р кр.н /9,8 = 51020 кг. Р кр.н =50*10 4 =50000 Н. Массу базового трактора получаем отняв от полной массы трактора вес навесного оборудования m b =45785 (Т-500) Определение мощности двигателя. N e = N e .уд * m э =8,4*54=429 кВт. где N e .уд = N e .уд.а ( F б.р. * m б.р / m э + F б * m б / m э + Fc )=7*1*61350/51020= =8,4 кВт. где N e .уд.а - рациональная энергонасыщенность агрегата, N e. уд . а =6,5…7,5 кВт ; F б.р , F б , F c – вероятность агрегатирования тягача соответственно с бульдозерно – рыхлительным, бульдозерным оборудованием в скрепером, значения которых приведены в табл. П.1. Для расчета двигателя принимаем двигатель со следующими параметрами: -максимальной мощностью Ne max =430 кВт -минимальным числом оборотов N min =700 об/мин -максимальным числом оборотов N max =1800 об/мин Далее производится расчет параметров внешней скоростной характеристики. По полученным значениям строится внешняя скоростная характеристика с регуляторной ветвью. Определяем параметры внешней скоростной характеристики. Мощность двигателя Nex=Nemax*n 1 (C 1 +C 2 *n x /n N -(n x /n N ) 2 )/n N ; где n N , n x – соответственно номинальное и текущая частота вращения коленчатого вала об/мин. С 1 , С 2 – коэффициенты зависящие от типа камеры сгорания двигателя С 1 =1, С 2 =1,5 Значения эффективного крутящего момента двигателя определяются: М =3*10 4 *N ex / p nx ; Для нахождения контрольных точек выпишем значения мощности и крутящего момента двигателя при различных числах оборотов в минуту в пределах от 700 до 1800. Таблица № 2.
Работа гидротрансформатора характеризуется следующими показателями: КПД гидротрансформатора: h гт = N T / N h = M т * w т /М н * w н =Кгт* i гт где N T – мощность турбины, Вт; М т – крутящий момент турбины, Н*м; w т - угловая скорость турбины, об/с; N н - мощность насосного колеса, Вт; М н – крутящий момент насосного колеса, Вт; w н – угловая скорость насосного колеса, об/с. Коэффициент трансформации момента к гт , характеризующий преобразующие свойства ГТ К гт =М т /М н =2,60 Наибольшее значение К гт имеет на режиме трогания, когда угловая скорость турбины и кинематическое передаточное отношение равны нулю. Это значение принято обозначить К гт.0 Передаточное отношение ГТ i гт = n т / n н = w т / w н , 0 i гт 1 Крутящий момент, развиваемый насосным колесом и турбиной: М н = l н * r * w н 2 * D a 2 , М н = l т * r * w н 2 * D a 2 где: l н – коэффициент момента насосного колеса; l т – коэффициент момента турбины; r - плотность рабочей жидкости, кг/м 3 ; D a – активный диаметр гидропередачи, м. Зависимость КПД h гт , коэффициента трансформации к гт и коэффициента момента насосного колеса l н от передаточного отношения i гт называется безразмерной характеристикой ГТ. Она может задаваться в табличном виде или графически. На характеристике ГТ выделяют наиболее характерные точки, называемые параметрами характеристик ГТ. Нагрузочные и преобразующие свойства ГТ оцениваются следующими основными параметрами: коэффициентом трансформации на режиме трогания к гт.0 , характеризующие максимальные преобразующие свойства ГТ; коэффициентом l н.м , определяющим энергоемкость ГТ; максимальным значением КПД h гт.мах . Для обеспечения наилучших тяговых и скоростных качеств тягачей с гидродинамической передачей необходимо, чтобы двигатель и гидротрансформатор работали на согласованных режимах. Для двигателя это режим максимальной мощности, а для ГТ – режим максимального КПД. Согласование совместной работы двигателя и ГТ осуществляется либо применением согласующего редуктора, позволяющего использовать существующие ГТ, либо разработкой нового ГТ, геометрически подобного выбранному прототипу. В первом случае необходимо определить передаточное число согласующего редуктора; во втором – определить активный диаметр ГТ. Определение передаточного числа согласующего редуктора производится по формуле i c р = Предельно возможные режимы совместной работы определяются точкой пересечения нагрузочных кривых ГТ с кривой Ме (рис.1) Нагрузочной характеристикой ГТ называется зависимость крутящего момента насосного колеса М н от его угловой скорости w н. Построение нагрузочной характеристики производится с использованием формулы: М н = l н * r * w н 2 * D a 2 для конкретных значений D a и l н . Таблица № 3. Результаты расчетов нагрузочной характеристики ГТ
Тяговой характеристикой называется график, зависимостей полезной мощности на крюке N кр и действительной скорости движения тягача V д на всех передачах, а так же коэффициента буксования d от силы тяги на крюке Р кр . Для построения тяговой характеристики тягача в качестве исходного материала используется: выходная характеристика ГТ; зависимость коэффициента буксования d от силы тяги на крюке Р кр ; значение тягового фактора U на всех передачах. Для построения тяговой характеристики необходимо использовать следующие зависимости, по которым строятся графики. Теоретическая скорость тягача, на: I – передаче: V т = p * n т / U I *30 = 3,14*1827,6/30*244,30=0,783 м/с II – передаче: V т = p * n т / U II *30 = 3,14*1827,6/30*148,08=1,29 м/с III – передаче: V т = p * n т / U III *30 = 3,14*1827,6/30*54,828=3,48 м/с Действительная скорость тягача: V д = V т *(1- d ), м/с. Коэффициент буксования рекомендуется определить по эмпирическим зависимостям для гусеничных тягачей: d =1-((1-( j кр /( j кр.мах -0,07))) 0,15 где: j кр – удельная сила тяги, j кр =Р кр / G сц . Окружное усилие на движителе для всех передач, в зависимости от крутящего момента турбинного колеса М т : Р к1 = M т * U I * h м =5746*244,3*0,90=1263373 Р к2 = M т * U II * h м =5746*148,06*0,90=768470,04 Р к 3 =M т *U III * h м =5746*54,828*0,90=283537,5 где: h м – КПД механической части силовой передачи, h м =0,9 Сила тяги на крюке тягача: P кр1 = P к1 – Р f =1263373-25025,31=1238347,7 Н P кр2 = P к2 – Р f =768470-25025,31=743444,73 Н P кр3 = P к3 – Р f =283537,3-25025,31=258511,97 Н где: Р f - сила сопротивления движению тягача Р f = f * G сц =0,05*500506,2=25025,31 Н Полезная мощность на крюке: N кр =Р кр * V д /1000 Таблица № 5. Результаты расчета исходных данных для построения тягово – динамической характеристики.
Проведя вертикальную линию через точку 3 до пересечения с осью абсцисс в точке 5, находим величину силы Р кр . Продлив эту вертикаль до пересечения с кривой буксования в точке 6, находим величину d . 5. По найденным значениям V т и d находим величину теоретической скорости V д . Отложив ее на вертикали, продленной за точку 6, находим точку 7, которая будет лежать на кривой V д . Повторяя эти построения для других точек на кривой М т , находим ряд точек, соединив которые плавной кривой, получим зависимость скорости V д от силы Р кр для первой передачи во всем диапазоне регулирования. |
где: l н – коэффициент момента насосного колеса при максимальном значении КПД ГТ; w е N и м е N – угловая скорость и момент двигателя, соответствующие режиму максимальной мощности; В – коэффициент использования двигателя по мощности, В=0,9 h ср – КПД согласующего редуктора, h ср =0,98 В результате расчетов может быть получено: i ср >1, что свидетельствует об использовании понижающей передачи; i ср i ср =1, при этом согласующий редуктор не нужен. При соединении двигателя с ГТ через согласующий редуктор параметры двигателя следует привести к валу насосного колеса, используя следующие зависимости: М е.п =В*М е * i ср * h ср ; n е.п = n e / i ср ; N е.п = B * N e * h c р При создании нового ГТ его активный диаметр определяется по формуле: D a = 
м Возможные режимы совместной работы двигателя с ГТ могут быть выявлены, если на приведенную характеристику ГТ. Полученная при этом характеристика называется характеристикой входа.