Тяговый расчет гусеничной машины с учетом криволинейного движения

Чертежи19.cdw

Тяговый расчет гусеничной машины
с учетом криволинейного движения
КП-23.05.02-07-22-ГЧ
Рисунок 1 - Графики совмещенных зависимостей удельной тяги гусеничной машины от скорости и удельной тяги от радиуса поворота
Рисунок 4 - График разгона машины
Рисунок 2 - График эффективной мощности
свободной мощности и свободного момента
Рисунок 3 - Функции ограничения скорости по заносу.

Пояснительная записка.docx

Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
Кафедра «Гидромеханика и транспортные машины»
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту на тему
«ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ С УЧЕТОМ КРИВОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ»
КП-23.05.02-07-22-ПЗ
Студент группы: ТСН-181 Картушинский И.Ю
Руководитель: Доц. К.Н. Залознов И.П.
Тяговый расчет гусеничной машины .. 5
1 Расчет и построение характеристики двигателя . ..5
1.1 Определение максимальной эффективной мощности двигателя .5
1.2 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя 5
1.3 Расчет и построение свободной мощности и свободного
момента двигателя . .7
2 Расчет характеристик трансмиссии . 9
2.1 Расчет диапазона трансмиссии 9
2.2 Расчет количества передач. . 10
2.3 Расчет скоростей на каждой передаче 10
2.4 Расчет передаточных чисел трансмиссии ..11
3 Расчет тяговой характеристики прямолинейного движения машины 12
3.1 Расчет скорости машины на передачах ..12
3.2 Расчет удельной силы тяги машины .. 12
4 Расчет характеристик разгона машины . 17
4.1 Расчет характеристик разгона машины на первом этапе .17
4.2 Расчет характеристик разгона машины на втором этапе . 18
4.3 Расчет характеристик разгона машины на третьем этапе 19
4.4 Расчет характеристик разгона машины на второй и последующих передачах 20
5 Оценка приемистости гусеничной машины 24
Расчет движения гусеничной машины в повороте . .. 25
1 Расчет кинематических характеристик поворота гусеничной машины 26
1.1 Определение радиуса свободного поворота гусеничной машины . 26
1.2 Определение минимального радиуса поворота гусеничной машины 26
1.3 Расчет теоретических радиусов поворота гусеничной машины . .26
2 Расчет динамических характеристик поворота гусеничной машины 27
2.1 Определение коэффициента сопротивления повороту .. . 27
2.2 Определение удельной силы тяги на забегающей гусенице .. . 28
2.3 Расчет удельной силы на отстающей гусенице 28
2.4 Расчет удельной силы тяги потребной для поворота с "идеальным" механизмом поворота 29
2.5 Расчет удельной силы внешних сопротивлений повороту . 31
3 Влияние заноса танка на среднюю скорость его движения .. 33
4 Тяговая характеристика гусеничной машины с учетом криволинейного движения .. . 35
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .. . 37
В курсовом проекте решается ряд задач: определяется максимальная
мощность двигателя рассчитывается диапазон трансмиссии определяется
максимальная скорость на каждой передаче рассчитывается тяговая
характеристика машины на каждой из передач а также определяется время
разгона и путь пройденный машиной за время разгона.
Также в предстоящем курсовом проекте предстоит произвести расчет
движения гусеничной машины в повороте а именно:
Определить диапазон возможных радиусов поворота гусеничной
машины разбить его на несколько частей определив 5 контрольных точек
возможных радиусов поворота;
Определить коэффициент сопротивления повороту и удельные
силы тяги на отстающей и забегающей гусеницах.
Рассчитать влияние заноса танка на среднюю скорость его движения графически изобразить построение функции ограничения скорости по заносу.
В результате построения тяговых характеристики танка и тяговой
характеристики поворота машины можно определить минимальный радиус
поворота гусеничной машины на заданной скорости и передаче. Все
необходимые для работы данные берутся из таблицы исходных данных все
расчеты производятся в системе СИ.
1 Расчет и построение характеристики двигателя
1.1 Определение максимальной эффективной мощности двигателя
Расчетное значение максимальной эффективной мощности двигателя
зависит от внешних условий и максимальной скорости машины:
Где – сопротивление прямолинейному движению которое должна преодолевать машина на максимальной скорости;
– максимальная скорость машины мс:
– КПД силовой установки:
– КПД гусеничного движителя.
Из анализа исходных данных следует что является неизвестным.
Для его определения используется эмпирическая формула:
где a b с – эмпирические коэффициенты.
Для гусеничного движителя с ОМШ: a=0025; b=005; с=
При дальнейших расчетах принимаем что
1.2 Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя
При расчете внешней скоростной характеристики двигателя
воспользуемся эмпирическими зависимостями для поршневых двигателей
полученных профессором Лениным И.М. Для быстроходных дизелей эта
зависимость имеет вид представленный в таблице 1.1.
Таблица 2.1 - Эмпирические зависимости для поршневых двигателей
Используя таблицу 2.1 рассчитываются угловые скорости и
соответствующие им мощности сводятся в таблице 2.2.
аналогично выражая через . можем получить для первой точки
дизельного двигателя
Аналогично получим значения для остальных точек и .
Таблица 2.2 - Данные расчета угловой скорости и соответствующие
1.3 Расчет и построение свободной мощности и свободного момента двигателя
Свободная мощность двигателя определится уравнением:
где– текущее значение эффективной мощности двигателя;
– потери мощности в силовой установке.
Потери мощности определяются уравнением:
где – потери мощности в силовой установке при работе двигателя на максимальной мощности;
– показатель степени зависящий от типа системы охлаждения
для эжекторной системы охлаждения =3
Потери мощности определяются зависимостью вида:
Рассчитав свободную мощность для всех выбранных точек
угловой скорости определяется свободный момент:
Данные расчета сводятся в таблице 2.3.
Таблица 2.3 - Данные расчета свободной мощности и свободного момента двигателя
На график эффективной мощности накладываются график свободной мощности и свободного момента (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1– Зависимость эффективной мощности двигателя от угловой скорости
Таким образом при построении графика свободного момента определяется
графически точка максимума и соответствующее ей значение угловой
скорости максимального момента. Полученная величина угловой
скорости используется при расчете количества передач.
2 Расчет характеристик трансмиссии
2.1 Расчет диапазона трансмиссии
Кинематический диапазон трансмиссии определяется уравнением:
– скорость машины на первой передаче.
Скорость берем 2 мс из пределах (15 20) мс.
Правильность расчета диапазона трансмиссии проверяется по силовому диапазону:
fc min – удельная сила тяги на максимальной скорости.
При условии d’>d уточняется величина скорости машины на первой передаче:
С целью повышения динамики машины осуществляется рациональная разбивка диапазона трансмиссии. Это достигается выделением второй передачи из общего диапазона путем выделения рабочего диапазона:
Где k’ – значение задается в пределах (15 20) выбираем k’=2
2.2 Расчет количества передач
Для обеспечения высоких тяговых и динамических качеств машины диапазон трансмиссии должен распределяться по закону геометрической прогрессии. С учетом этого условия количество передач для движения машины вперед определяется уравнением:
где – угловая скорость двигателя при максимальном моменте.
Получаем число m=55. Так как число не целое то округляем до m=6.
2.3 Расчет скоростей на каждой передаче
Для определения наибольшей скорости движения машины на каждой передаче необходимо рассчитать знаменатель геометрической прогрессии по уравнению:
Скорость на второй передачи определяется умножением величины скорости на первой передачи и на число на которое делился полный диапазон трансмиссии при выделении рабочего диапазона т.е.
Скорости на всех последующих передачах определяются путем умножения скорости на предыдущей передачи на знаменатель прогрессии:
2.4 Расчет передаточных чисел трансмиссии
Передаточные числа трансмиссии определяются уравнением:
где – радиус приводного зубчатого колеса гусеницы;
– максимальная скорость движения машины на рассчитываемой передач
Таким образом в пункте 2.2 мы определили число передач которое равное 6. А также рассчитали передаточные числа трансмиссии которые нам пригодятся в последствии.
3 Расчет тяговой характеристики прямолинейного движения машины
Тяговой характеристикой прямолинейного движения называется зависимость удельной силы тяги подведенной к грунту от скорости движения машины и номера включенной передачи при работе двигателя по внешней характеристике.
3.1 Расчет скорости машины на передачах
Скорость машины на конкретной передаче зависит от угловой скорости двигателя:
где – угловая скорость двигателя в выбранной точке;
– скорость машины соответствующая выбранной угловой скорости двигателя.
Таблица 2.4 - Скорость машины соответствующая выбранной угловой скорости двигателя.
3.2 Расчет удельной силы тяги машины
Для расчета удельной силы тяги машины необходимы удельная сила тяги на ведущем колесе и КПД гусеничного движителя.
Удельная сила тяги на ведущем колесе для каждого значения свободной мощности определяется уравнением:
Коэффициент полезного действия гусеничного движителя для каждого значения определяется уравнением:
Перемножая последовательно полученные значения удельной силы на соответствующие значения получают удельную силу тяги машины:
Таблица 2.5 - Данные расчета тяговой характеристики
Угловая скорость двигателя
Характеристика двигателя
Эффективная мощность
Продолжение таблицы 2.5
Данные таблицы позволяют построить зависимость удельной силы подведенной к грунту от скорости движения машины для передач.
Рисунок 2.3 – Тяговая характеристика прямолинейного движения
Удельные значения силы тяги позволяют сравнивать различные по массе машины между собой а также определять для конкретной машины возможности по преодолению различных высот получения мгновенного значения ускорения для выбранной скорости и включенной передачи. Можно определить диапазон рабочих частот двигателя при которых необходимо переключаться на следующую передачу. Анализ тяговой характеристики позволяет также оптимизировать количество передач тип трансмиссии массу и мощность силовой установки для проектируемой гусеничной машины.
4 Расчет характеристик разгона машины
Характеристиками разгона машины являются время и скорость. Разгон машины на каждой передаче складывается из трех этапов поэтому характеристики разгона машины рассчитываются для каждого этапа.
4.1 Расчет характеристик разгона машины на первом этапе
Характеристикой разгона машины на первом этапе являются время и ее скорость в конце этапа. Для расчета скорости необходимо определить ускорение машины.
Ускорение определяется уравнением
()> то это значит что при разгоне происходит буксование и максимальная тяга будет ограничена значением ()=
где о – коэффициент условного приращения массы;
– коэффициент запаса фрикциона;
– максимальная удельная сила тяги на данной передаче;
– коэффициент сопротивления грунта указанный в исходных
Для определения длительности по времени первого этапа необходимо рассчитать угловые ускорения двигателя и ведомых элементов трансмиссии. Угловое ускорение двигателя определяется по уравнению
где – максимальный крутящий момент двигателя;
– момент инерции деталей двигателя.
Угловое ускорение деталей трансмиссии определяется зависимостью вида
где – передаточное число трансмиссии на исследуемой передаче.
С учетом рассчитанных ускоренийи находится время первого этапа
где – угловая скорость при максимальной мощности.
Рассчитав ускорение и время разгона машины на первом этапе определяется скорость машины в конце этапа
4.2 Расчет характеристик разгона машины на втором этапе разгона
На втором этапе машина разгоняется от скорости до .Для
определения продолжительности второго этапа необходимо рассчитать
C целью повышений достоверности результатов тяговая характеристика в диапазоне скоростей от V1i до V2i разбивается на 2 участка:
где – суммарный коэффициент условного приращения массы;
– среднее значение удельной силы тяги машины на одном из участков в диапазоне от до .
Время разгона машины на втором этапе определяется зависимостью вида
4.3 Расчет характеристик разгона машины на третьем этапе
На третьем этапе машина движется по инерции за счет накопленной кинематической энергии. Ускорение машины определяется уравнением
где– максимальная скорость на данной передаче;
а с – эмпирические коэффициенты.
Длительность третьего этапа определяется конструкцией трансмиссии и типом привода управления коробкой передач.
Выбрав в соответствии с заданием время третьего этапа определяется скорость в конце этапа
4.4 Расчет характеристик разгона машины на второй и последующих передачах
Расчет характеристик разгона на последующих передачах проводится в такой же последовательности что и предыдущей передачи.
Ускорение первого этапа рассчитывается по уравнению
Где – удельная сила тяги машины на данной передаче.
Особенность расчета времени первого этапа заключается в том что линейная скорость машины не равна нулю поэтому она определяется с учетом скорости машины на третьем этапе предыдущей передачи
где– максимальная скорость машины на рассматриваемой передачи.
Скорость в конце первого этапа определяется зависимостью вида
Особенность расчета второго этапа разгона заключается в том что с целью повышений достоверности результатов тяговая характеристика в диапазоне скоростей от до разбивается на 2 участка.
В пределах каждого участка тяговой характеристики определяется среднее значение удельной силы.
Удельные силы позволяют рассчитать ускорения разгона на каждом участке
Время разгона на каждом участке рассчитывается зависимостями вида
Характеристики третьего этапа рассчитываются так же как и на предыдущей передаче.
где – максимальная скорость на данной передаче;
а с – эмпирические коэффициенты
Аналогично рассчитываются характеристики разгона машины на всех последующих передачах. Рассчитав характеристику разгона машины мы приводим в общую таблицу 2.4 данные которые нам понадобятся для построения графика разгона и пути гусеничной машины в пункте 2.5.
Таблица 2.6 - Характеристики разгона машины
Условные обозначения
Передаточное число трансмиссии
Коэффициент учёта вращающихся масс
Ускорение на первом этапе разгона
Время первого этапе разгона
Скорость в конце первого этапа разгона
Ускорение на первом участке второго этапа разгона
Ускорение на втором участке второго этапа разгона
Продолжение таблицы 2.6
Время разгона на 1 участке второго этапа
Время разгона на 2 участке второго этапа
Скорость в конце 1 участка второго этапа
Скорость в конце 2 участка второго этапа
Ускорение на третьем этапе разгона
Время третьего этапа разгона
Скорость в конце третьего этапа разгона
5 Оценка приемистости гусеничной машины
Приемистость гусеничной машины оценивается временем и длиной пути разгона ее до максимальной скорости в заданных дорожно-грунтовых условиях. Время разгона определяется по графику. Для определения длины пути разгона используется метод графического интегрирования.
Путь разгона машины пропорционален площади ограниченной графиком скорости V=V(t) и осью времени следовательно можно записать:
Масштаб пути определяется:
mv=(16мc)(86мм)=0186 (мс)мм
mt=6286220мм=0285 смм.
Таким образом в данной главе мы рассчитали число передач путь разгона машины который равен 58899 метра
РАСЧЕТ ДВИЖЕНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ В ПОВОРОТЕ
Совершенство конструкции механизма поворота оценивается величиной мощности затрачиваемой на управление поворотом машины. Основное количество мощности тратится на трение во фрикционных устройствах. "Идеальный" механизм поворота – это механизм поворота в котором мощность трения в управляемых фрикционных устройствах при повороте машины со всеми радиусами равна нулю. Понятие "идеального" механизма поворота необходимо для определения затрат мощности на трение во фрикционных устройствах регулирующих величину радиуса поворота. В зависимости от конструктивных особенностей гусеничной машины существуют три типа механизмов поворота. К первому типу относятся механизмы поворота обеспечивающие сохранение скорости прямолинейного движения центру масс машины. К механизмам поворота второго типа относятся такие которые обеспечивают сохранение скорости прямолинейного движения точке в центре забегающей гусеницы. К третьему типу относятся механизмы поворота обеспечивающие сохранение скорости прямолинейного движения некоторой точке расположенной за пределами забегающего борта. Для расчета и построения баланса мощности гусеничной машины при повороте необходимы следующие параметры: радиус свободного поворота удельные силы сопротивления движению геометрические характеристики гусеничного движителя коэффициент сопротивления повороту и удельные силы тяги.
1 Расчет кинематических характеристик поворота гусеничной машины
1.1 Определение радиуса свободного поворота гусеничной машины
Радиусом свободно поворота называют такой радиус поворота танка при котором величина тормозной силы на отстающей гусенице равна нулю. Радиус свободного поворота вычисляется по уравнению
где – коэффициент сопротивления повороту машины при повороте с R=В2
L – длина опорной поверхности;
– эмпирический коэффициент;
– сопротивление прямолинейному движению.
1.2 Расчет минимального радиуса поворота гусеничной машины
Минимальный радиус поворота гусеничной машины реализуется при развороте машины на месте при этом тяга на забегающей гусенице равна тяге на отстающей гусенице и противоположна по направлению. Таким образом минимальный радиус гусеничной машины будет определяться шириной колеи машины.
1.3 Расчет теоретических радиусов поворота гусеничной машины
Для определения баланса мощности гусеничной машины в повороте необходимо разбить диапазон возможных радиусов поворота гусеничной машины на несколько частей определив 5 контрольных точек возможных радиусов поворота
При определение минимального радиуса свободного поворота гусеничной машины так же определили минимальный и теоретический радиус поворота гусеничной машины
2 Расчет динамических характеристик поворота гусеничной машины
2.1 Определение коэффициента сопротивления повороту
Для каждого выбранного значения радиусов поворота рассчитывается коэффициент сопротивления повороту по формуле
где – выбранное значение радиуса поворота;
– эмпирический коэффициент
2.2 Определение удельной силы тяги на забегающей гусенице
Удельная сила тяги рассчитывается по уравнению
где – сопротивление прямолинейному движению
2.3 Расчет удельной силы на отстающей гусенице
Удельная сила на отстающей гусенице рассчитывается по уравнению
2.4 Расчет удельной силы тяги потребной для поворота с «идеальным» механизмом поворота
Удельная сила тяги потребная для поворота гусеничной машины с «идеальным» механизмом поворота рассчитывается по уравнению
Где – КПД контура рекуперации;
– КПД гусеничного движителя на заданной скорости;
– КПД бортовой передачи гусеничной машины;
– КПД механизма поворота гусеничной машины
Из анализа исходных данных следует что гд является неизвестным. Для его определения используется эмпирическая формула:
Скорость в приведённом уравнении подставляется в кмч. Для выполнения расчетов в курсовом проекте скорость принимается в зависимости от радиуса поворота: для R1 - 20% от максимальной скорости гусеничной машины указанной в задании для R2 – 40% для R3 – 60% для R4 – 80% для R5 – 100%.
КПД контура рекуперации:
Удельная сила тяги потребная для поворота гусеничной машины с «идеальным» механизмом поворота рассчитывается по уравнению:
2.5 Расчет удельной силы внешних сопротивлений повороту
Удельная сила внешних сопротивлений повороту гусеничной машины с механизмом поворота второго типа определяется уравнением
Где – КПД гусеничной машины;
КПД гусеничной машины:
Удельная сила внешних сопротивлений повороту гусеничной машины с механизмом поворота второго типа определяется уравнением:
Данные расчета баланса мощности при повороте гусеничной машины сводятся в таблице 3.1. И далее по результатам таблицы 3.1 строится график баланса удельных сил при повороте гусеничной машины.
Таблица 3.1 – Данные расчета баланса мощности при повороте гусеничной машин
Коэф.cопротивления повороту
Удель. сила тяги на забег. гусинице
Удель. сила тяги на отстающ. гусинице
Удель. сила тяги для поворота с идеальн. МП
Удель. сила внеш. Сопротивления повороту
Таким образом при построении графика баланса удельных сил при повороте гусеничной машины мы можем увидеть радиус поворота машины и баланс удельных сил.
3 Влияние заноса танка на среднюю скорость его движения
При повороте гусеничной машины может возникнуть боковое скольжение (занос) которое вынуждает водителя снижать скорость движения. Для оценки влияния заноса на среднюю скорость машины используется вероятностный метод. Для определения средней скорости гусеничной машины с учетом заноса рассчитывается зависимость
где – критическая скорость при которой возникает занос;
– максимальная величина коэффициента сопротивления повороту;
– кривизна поворота.
Критическая скорость при которой возникает занос:
Таблица 3.2 – Результаты расчета кривизна поворота и коэффициент сопротивления поворот
Критическая скорость наступления заноса
После указанных построений проводится графическое перемножение
где - масштаб функции быстроходности
Таким образом мы можем сказать что средняя скорость машины без заноса равна 823275 мс.
4 Тяговая характеристика гусеничной машины с учетом криволинейного движения
Наличие тяговой характеристики танка и тяговой характеристики поворота позволяет решить ряд практических задач:
- определение скорости и номера передачи на которых возможен равномерный поворот танка с определенным радиусом;
- определение наименьшего возможного радиуса равномерного поворота на заданной скорости и передаче в определенных грунтовых условиях;
Для решения этих задач необходимо совместить две характеристики гусеничной машины на одном чертеже в одном масштабе. Характеристики размещаются на чертеже А1.
В результате построения тяговых характеристик можно переносить значения удельной силы тяги двигателя на тяговую характеристику поворота и определять минимальный радиус поворота гусеничной машины на заданной скорости и передаче. И наоборот зная радиус равномерного поворота гусеничной машины можно определить максимально возможную скорость движения машины по заданному радиусу и значение включенной передачи.
В результате курсового проекта были выполнены все поставленные задачи по определению максимальной мощности двигателя (она равняется ) рассчитан диапазон трансмиссии определена максимальная скорость на каждой передаче рассчитана тяговая характеристика машины на каждой из передач а также определено время разгона и путь пройденный машиной за время разгона (время разгона машины равняется 6286 секунд путь разгона 55899 метр). Были построены графики мощности и момента тяговой характеристики гусеничной машины разгона машины и пройденного пути за время разгона.
Так же определены характеристики движения гусеничной машины в повороте среднее значение ограничения скорости движения машины по заносу 823275 мс определено влияние заноса танка на среднюю скорость и передачу гусеничной машины.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Теория транспортных средств специального назначения: Методические указания по курсовому проектированию Сост. И.П. Залознов. – Омск: ОмГТУ 2016. – 48 с.
ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи.
ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы.
ГОСТ 2.109-73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.