Теория рабочих процессов транспортных и технологических машин и оборудования: Методические указания к практическим работам

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» Институт транспорта Кафедра ЭОМ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практическим работам по дисциплине “Теория рабочих процессов транспортных и технологических машин и оборудования” для студентов специальности 23.01.00 “Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)” очной, заочной полной и сокращенной форм обучения

Тюмень 2004

Утверждено редакционно-издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составители: к.т.н. доцент С.А. Асеев ассистент Д.С. Джанбровский

©

Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2004

2

Практическая работа № 1 “Определение силы тяги на ведущих элементах машины” 1. Общие положения Развиваемый двигателем крутящий момент Мe передается через трансмиссию на ведущие колеса транспортно-технологической машины (ТТМ). Действие момента на колесе (Мк) вызывает в зоне контакта коМк Va леса с дорогой касательную силу трения Хк, равную по величине тяговой силе Рк, которая движет автомобиль Zk X =P рис.1.1. Величина силы Рк зависит от k k момента на колесе Мк и радиуса качеaш ния колеса rк. Таким образом, для определения силы тяги необходимо Рис.1.1 Силы действующие на знать крутящий момент двигателя ведущее колесо Ме(Мен), передаточное число и КПД трансмиссии и радиус качения колеса (для колесных машин) или радиус зацепления ведущего колеса гусеничного движителя. На колесах современных автомобилей и тракторов устанавливаются пневматические шины. В связи с тем, что шина имеет большую эластичность, радиус колеса может меняться под действием различных деформаций: радиальной (нормальной), поперечной (боковой), окружной (тангенциальной) и угловой. Деформация шины выражается в уменьшении расстояния от оси колеса до поверхности дороги. Ниже даны определения различных радиусов колес. Статический радиус rс — расстояние от дороги до оси неподвижного колеса, находящегося под действием вертикальной нагрузки. Величина rс зависит от величины нагрузки и внутреннего давления в шине. Динамический радиус rД— расстояние от дороги до оси катящегося колеса. Величина rД увеличивается с уменьшением вертикальной нагрузки на колесо и увеличением внутреннего давления в шине. С увеличением скорости движения под действием центробежных сил шина растягивается в радиальном направлении, и радиус увеличивается. Радиус качения rк — расстояние от дороги до оси катящегося колеса, нагруженного вертикальной нагрузкой, а также крутящим или тормозным моментом, при этом элементы шины подвергаются сжатию или растяже-

rk

Gk

3

нию и колесо при той же частоте вращения проходит больший или меньший путь, чем при свободном качении 2. Цель работы Ознакомление с методикой определения силы тяги на ведущих элементах машины и анализ влияния различных факторов на величину силы тяги. 3. Задачи 1. Ознакомится с внешней скоростной характеристикой двигателя и ее влиянием на тяговые показатели машины. 2. Определить значения крутящего момента двигателя при различных скоростях вращения коленчатого вала. 3. Изучить влияние конструкции трансмиссии на диапазон изменения силы тяги на ведущих элементах машины. 4. Изучить влияние конструкции движителей на значение силы тяги на ведущих элементах ТТМ. 4. Порядок выполнения работы В соответствии с вариантом, выданным преподавателем студенты знакомятся с общей конструкцией специальной автотракторной техники, ее назначением и техническими характеристиками. На основании данных из справочной литературы определяется модель двигателя, установленная на ТТМ, конструкция трансмиссии (Рис.1.2.) и параметры, определяющие движители. На основании расчетных данных, сведений из справочной литературы или раздаточного материала строится внешняя скоростная характеристика двигателя ТТМ. Производится расчет максимального крутящего момента на движителе ТТМ по формуле:

М к = М e × I к × I g × I 0 × ηТР , где

(1.1)

Мк - вращающий момент на колесе (или ведущей звездочке), Н*м; Me - крутящий момент двигателя, Н*м; Iк - передаточное число коробки передач; Ig - передаточное число дополнительной коробки; Iо - передаточное число главной передачи; ηтр - коэффициент полезного действия трансмиссии. Значения коэффициента полезного действия трансмиссии ηтр принимаются в соответствии с данными таблицы 1.1. 4

Рис.1.2. Схемы ступенчатых силовых передач автомобилей: а—двухосного с задней ведущей осью; б—двухосного с приводом на обе оси; в и г—трехосного с приводом на все оси

5

Таблица 1.1. Тип кинематической схемы 1. Трехосные полноприводные автомобили 2. Трехосные неполноприводные и двухосные полноприводные 3. Двухосные неполноприводные

ηтр 0,75 0,80 0,85

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

Ρк =

Мк , rк

(1.2)

где

Рк - значение силы тяги на колесе (звездочке) Н; rк - радиус качения колеса (или радиус зацепления для специальной тракторной техники на гусеничном ходу), м. Для определения значения скорости движения ТТМ, соответствующей максимальному значению силы тяги на ведущих элементах машины можно воспользоваться следующей формулой:

Vк = где

0,377 × n × rк , Iк × I g × I0

(1.3)

n - скорость вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; Vк - скорость движения ТТМ, соответствующая n, км/час. Полученные значения заносятся в таблицу 1.2.

5. Порядок оформления отчета В отчете отражаются: 1). Технические характеристики рассматриваемой модели ТТМ, ее назначение и место в технологическом процессе нефтегазодобычи. 2). Кинематическая схема ТТМ. 3). Внешняя скоростная характеристика двигателя ТТМ. 4) В таблицу заносятся данные, полученные в результате расчетов. 5) Графики строятся на миллиметровой бумаге формата А4 простыми карандашами. 6) Отчеты оформляются на листах формата А4.

6

Таблица 1.2 Результаты расчета тяговой силы на ведущих элементах машины Передача КПП 1в 1н 2в 2н ...... nв nн

Iк

Ig

Мк

Рк

Vк

Практическая работа № 2 “Построение тяговой характеристики ТТМ” 1. Общие положения Тяговой характеристикой называется графическая зависимость тяговой силы в функции поступательной скорости движения машины. Тяговая характеристика строится по результатам стендовых или дорожных испытаний или по расчетным данным. 2. Цель работы Ознакомление с методикой построения тяговой характеристики автомобильной техники. 3. Задачи 1. Ознакомиться с зависимостями скорости движения ТТМ от числа оборотов коленчатого вала двигателя и передаточного числа трансмиссии. 2. Определить значения скорости движения специальной автомобильной техники при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя на различных передачах. 3. Изучить влияние конструкции трансмиссии на характер изменения скоростных режимов ТТМ. 4. Построить тяговую характеристику колесной машины (по вариантам, задаваемым преподавателем). 4. Порядок выполнения работы 7

На основании данных по внешней скоростной характеристики двигателя ТТМ (построенной в 1-ой работе) определяются значения крутящего момента двигателя при различных скоростях вращения коленчатого вала (выбирается 5 - 6 точек не считая точку максимального крутящего момента). Производится расчет силы тяги на движителе ТТМ для соответствующих значений скорости вращения коленчатого вала двигателя по формуле:

Ρк =

M e × I к × I g × I 0 × ηТР rк

,

(2.1)

где

Рк - значение силы тяги на колесе, Н; Me - крутящий момент двигателя, Нм; Iк - передаточное число коробки передач; Ig - передаточное число дополнительной коробки; Iо - передаточное число главной передачи; ηтр- коэффициент полезного действия трансмиссии. rк - радиус качения колеса, м. Далее определяются значения скорости движения ТТМ, соответствующие выбранным значениям скоростей вращения коленчатого вала:

Vк =

0,377 × n × rк , Iк × I g × I0

(2.2)

где

n - скорость вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; Vк - скорость движения ТТМ, соответствующая n, км/час. Полученные значения заносятся в таблицу 2.1 для каждой из рассматриваемых передач. На основании полученных данных строится график тяговой характеристики. Таблица 2.1 Результаты расчета данных для построения графика тяговой характеристики (i -я передача) n (об/мин) Рк (Н) Продолжение табл. 2.1

8

Vк (км /час) 5. Порядок оформления отчета В отчете отражаются: 1) Результаты расчетов тяговой силы и скоростей движения для соответствующих скоростей вращения коленчатого вала и каждой из рассматриваемых передач заносятся в таблицы, оформляемые по форме таблицы 2.1. 2) Таблица.2.1 строится для каждой рассматриваемой передачи в отдельности. 3) График тяговой характеристики строится на миллиметровой бумаге формата А4 простыми карандашами. 4) Отчеты оформляются на листах формата А4. Практическая работа № 3 “Определение сил сопротивления при движении ТТМ и построение тягового баланса” 1. Общие положения При движении машины тяговая сила Рк расходуется на преодоление сил сопротивления движению. К этим силам относятся: Pf— сила сопротивления качению по дороге колесной или гусеничной машины; Ph — сила сопротивления подъему, возникающая при движении машины на уклоне; PJ — сила сопротивления разгону машины или агрегата; Pw — сила сопротивления воздушной среды (учитывается только для колесных машин).

2. Цель работы Ознакомление с методикой определения сил сопротивления при движении транспортно-технологической машины и построения тягового баланса. 3. Задачи 1. Ознакомиться с зависимостями сил сопротивления при движении ТТМ от скорости движения. 2. Изучить методику построения тягового баланса специальной ав9

томобильной техники. 3. Построить график тягового баланса специальной автомобильной техники. 4. Порядок выполнения работы На основании справочных данных и коэффициентов сопротивления качению колес (заданных преподавателем) определяются значения силы сопротивления качению по формуле:

Pf = Ga × f ,

(3.1)

где

Pf - значение силы сопротивления качению, Н; Ga - вес машины, Н; f - коэффициент сопротивления качению. При движении колесной машины на подъемах и спусках она испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от крутизны подъема и рассчитывается по формуле:

Ph = Ga × sin α = Ga × iпод ,

(3.2)

α - значение угла подъема (спуска), град; iпод- величина уклона, которая определяется как отношение величины превышения к величине заложения. Значение силы сопротивления подъема рассчитываются для значений угла подъема от 0 до 30 град с интервалом в 5 градусов. Полученные значения заносятся в таблицу 3.1.

где

Таблица 3.1 Результаты расчета силы сопротивления подъема α (град)

5

10

15

20

25

30

Ph, (н) Далее определяются значения сил сопротивления воздушной среды Pw для различных скоростей движения с интервалом в 10 км/час. Указанные значения определяются по следующей формуле:

Pw = K w × Fa × (Va ) 2 , где

Kw - коэффициент сопротивления воздуха, Нс2/м4; 10

(3.3)

Fa - лобовая площадь машины, м2; Va - скорость движения машины, м/с. Полученные значения заносятся в таблицу 3.2. Таблица 3.2 Результаты расчета силы сопротивления воздушной среды Va, (км/час)

10

20

30

40

…….

Vmax

Pw ,(н) На основании полученных данных строится график силы сопротивления воздушной среды. Расчет силы сопротивления разгону Pj производится для каждой из передач коробки передач и высшей передачи раздаточной коробки при значении ускорения машины ja = 1 м/с2. Значения силы Pj определяются по следующей формуле:

Pj =

Ga × j a × δ a , g

(3.4)

Pj - суммарная сила сопротивления разгону, Н; Ga - вес машины, Н; ja - ускорение машины, м/с2; δа - коэффициент учета вращающихся масс; g - ускорение силы тяжести, (g = 9,81 м/с2). При этом, значение коэффициента учета вращающихся масс определяется по эмпирической формуле: где

δ a = 1,05 + 0,07 × ( I к ) 2 ,

(3.5)

Iк - передаточное число коробки передач. Результаты расчета силы сопротивления разгону Pj заносятся в таблицу 3.3.

где

Таблица 3.3 Результаты расчета суммарной силы сопротивления разгону Рj № передачи Iк δа 1 2 …… Продолжение табл. 3.3 11

высшая На основании данных расчетов сил сопротивления строится график тягового баланса. Для построения графика тягового баланса определяется значение силы сопротивления движения Рсум для рассматриваемых значений скоростей движения машины по формуле:

Р сум = Pf + Pw + Ph

(3.6)

Значения в формулу 3.6. подставляются из таблиц 3.1, 3.2. По результатам расчетов заполняется таблица 3.4 и строится график тягового баланса. По графику тягового баланса определяются максимальные скорости движения по условию силы тяги для горизонтального участка дороги (α = 0°) и подъемов с α = 5°, α = 10°, α=15°. Таблица 3.4. Результаты расчета cилы сопротивления движения машины Va (км/час)

10

20

30

........

Vmax

a = 00 Рсум, (н)

a = 50 a = 100 a = 150

5. Порядок оформления отчета

В отчете отражаются: 1) Результаты расчетов сил сопротивления движению для соответствующих скоростей движения машины заносятся в таблицы 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. 2) График тягового баланса строится на миллиметровой бумаге формата А4 простыми карандашами. 3) Определяются значения максимальных скоростей движения, полученные на основе построения тягового баланса для заданных значений 12

углов подъема. 4) Отчеты оформляются на листах формата А4. Практическая работа № 4 “Баланс мощностей автомобиля“ 1. Общие положения

Одним из методов, характеризующих движение автомобиля на различных скоростях, является метод мощностного баланса. Уравнение баланса мощностей показывает распределение мощности, развиваемой двигателем и подведенной к ведущим колесам. Баланс мощностей, представляют в виде графика (диаграмма движения автомобиля). Он позволяет определить возможность его движения с той или иной скоростью по дороге с заданным сопротивлением качению и углом подъема. 2. Цель работы

Ознакомление с методикой построения мощностного баланса автомобильной техники. 3. Задачи

1. Определить значения тяговой мощности на различных передачах КПП. 2. Определить значения максимального угла подъема автомобиля на прямой передаче при максимальном числе оборотов коленчатого вала. 3. Определить значения мощностей, затрачиваемых на преодоление сопротивлений качению, подъему, воздушной среды и разгону. 4. Построить мощностной баланс автомобиля.

4. Порядок выполнения работы

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

Nк = N f + Nh + Nw + N j , 13

(4.1)

Nf – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления качению, кВт; Nh – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления подъему, кВт; Nw – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздушной среды, кВт; Nj – 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 Nj равняется нулю. Уравнение баланса мощностей примет следующий вид: где

N к = N f + N h + N w = Nψ + N w ,

(4.2)

Значения тяговой мощности определяются на основании данных расчета силы тяги на колесе и скорости движения ТТМ, полученных при выполнении практической работы № 2, по следующей формуле:

Nк =

Pк × Va , 1000

(4.3)

где Рк - значение силы тяги на колесе, Н; Vа - скорость движения ТТМ, м/с. Полученные значения заносятся в таблицы по каждой передаче. Форма указанных таблиц представлена в таблице 4.1. Таблица 4.1 Результаты расчета значений тяговой мощности автомобилей i передача n (об/мин) Vа, (км /час) Рк (Н)

n1

n2

n3

n4

….

nmax

Продолжение табл. 4.1 14

Nк (кВт) 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. 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:

Nf =

Pf × Va 1000

=

G a × f × Va , 1000

(4.4)

где Ga - вес машины, Н; Значения мощности сопротивления воздушной среды для различных скоростей движения также находятся с интервалом в 10 км/час. Указанные значения определяются по следующей формуле:

Р w × Va К w × Fa × Va3 , Nw = = 1000 1000

(4.5)

где Kw - коэффициент сопротивления воздуха, Нс2/м4; Fa - лобовая площадь машины, м2; Vа - скорость движения ТТМ, м/с. Полученные значения заносятся в таблицу 4.2. Таблица 4.2 Результаты расчета значений мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений движению машины Va (км/час)

10

20

30

40

…….

Vmax

Nf, (кВт) Продолжение табл. 4.2 15

Nw, (кВт) На основании данных табл.4.1 и табл.4.2 строится график зависимости мощности, затрачиваемой на преодоление дорожных сопротивлений движению машины для горизонтального участка дороги. Значение максимального угла подъема автомобиля на каждой передаче при максимальном числе оборотов коленчатого вала определяется по формуле:

sin α =

1000 N ψ G aV a

− f,

(4.6)

где f – коэффициент сопротивления качению. Значение мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления качению и подъему, в данном случае может быть определено с учетом (4.2) по формуле:

Nψ = N к − N w ,

(4.7)

Результаты расчета максимального угла подъема (по формуле 4.6) на каждой передаче заносятся в таблицу 4.3. Таблица 4.3 Результаты расчета максимального угла подъема на различных передачах № передачи

1

2

3

4

5

6

α (град)

5. Порядок оформления отчета

В отчете отражаются: 1) Результаты расчетов значений мощностей на различных передачах КПП заносятся в таблицы 4.1 и 4.2. 2) Результаты расчета максимального угла подъема на различных передачах (таблица 4.3). 3) График мощностного баланса автомобильной техники строится на миллиметровой бумаге формата А4 простыми карандашами. 16

4) Отчеты оформляются на листах формата А4. Практическая работа № 5 “Построение динамической характеристики специальной автомобильной техники“ 1. Общие положения

Отношение избыточной силы тяги к полному весу машины называется динамическим фактором (Dа). Величина Da зависит только от конструктивных параметров машины и поэтому ее можно определить для каждой конкретной модели автомобиля. Графическая зависимость динамического фактора Dа от скорости движения автомобиля Vа на различных передачах называется динамической характеристикой автомобиля. 2. Цель работы

Ознакомление с методикой построения динамической характеристики специальной автомобильной техники и приобретение навыков использования динамической характеристики для решения практических задач. 3. Задачи

1. Определить значения динамического фактора в интервале рабочих скоростей специальной автомобильной техники на различных передачах. 2. Построить динамическую характеристику специальной автомобильной техники. 3. Проанализировать характер движения специальной автомобильной техники для различных сопротивлений дороги (заданных преподавателем). 4. Определить критическую скорость машины по условию тяги. 5. Построить в дополнение к динамической характеристике номограмму нагрузок для рассматриваемой машины.

17

4. Порядок выполнения работы

На основании данных сил сопротивления движению и значений силы тяги на ведущих колесах, полученных при выполнении практической работы N3, определяются значения динамического фактора для каждой из передач и принятых диапазонов скоростей по формуле:

Da =

Ρк − Ρw , Ga

(5.1)

где Da - значение динамического фактора; Pк - значение силы тяги на ведущих колесах, Н; Pw - значение силы сопротивления воздуха, Н; Ga - вес машины, Н. Исходные значения для расчета Da и полученные значения динамического фактора заносятся в таблицу 5.1. На основании данных таблицы 5.1 строится динамическая характеристика специальной автомобильной техники - графическая зависимость динамического фактора Da от скорости движения машины Va на различных передачах. Построенная динамическая характеристика позволяет определить максимальную скорость движения машины и ее характер движения для значений сопротивления дороги, заданных преподавателем. Таблица 5.1 Значения динамического фактора для различных скоростей движения на i-той передаче Va V1 V2 V3 ..... Vn Pк Pw Da Далее определяются значения ускорений машины на различных передачах при скоростях движения 20, 40 и 60 км/час. Значения ускорений определяются по формуле:

ja =

( Da − ψ ) × g

δa

,

(5.2)

где ja - значение ускорения машины, м/с2; ψ - коэффициент суммарного сопротивления дороги (задается преподавателем); g - ускорение свободного падения, м/с2; 18

δa - коэффициент учета вращающихся масс (значения принимаются из практической работы № 3). Полученные значения заносятся в таблицу 5.2. Таблица 5.2 Значение ускорений машины на различных передачах 1-я 2 –я 3 –я 4 –я 5-я передача передача передача передача передача 20 км/час 40 км/час 60 км/час Во второй части работы построенная динамическая характеристика рассматриваемой машины дополняется номограммой нагрузок. Для построения номограммы нагрузок ось абсцисс динамической характеристики продолжают влево и на ней откладывают отрезок определенной длины. На этом отрезке наносят шкалу нагрузки в процентах. Масштаб шкалы D0 определяют по формуле L D 0 = L D100

G0

Ga

(5.3)

где LD0 - масштаб шкалы D0; LD100- масштаб шкалы D100; G0 - вес автомобиля в снаряженном состоянии (включая вес водителя), Н; Gа - полный вес автомобиля, Н. Равнозначные деления шкал D0 и D100 (0,05, 0,10 и т.д.) соединяют прямыми линиями, которые являются числовыми значениями ψ. После построения номограммы нагрузок определяется изменение характера движения машины с учетом ее неполной загрузки. В этом случае описывается характер движения машины при заданных в первой части работы коэффициентах суммарного сопротивления дороги и степени загрузки машины (в процентах), заданной преподавателем. 5. Порядок оформления отчета

В отчете отражаются: 1) Результаты расчетов значения динамического фактора на различных передачах КПП заносятся в таблицу 5.1. 2) Таблица.5.1 строится для каждой рассматриваемой передачи в от-

19

дельности. 3) Проводится описание характера движения машины для значений коэффициента сопротивления дороги, заданных преподавателем. 4) Результаты расчетов значений ускорений машины на различных передачах заносятся в таблицу 5.2. 5) График динамического фактора с номограммой нагрузок строится на миллиметровой бумаге формата А4 простыми карандашами. 6) Проводится сравнительный анализ изменения характера движения машины при неполной загрузке машины. 7) Отчеты оформляются на листах формата А4. Практическая работа № 6 “Расчет показателей устойчивости специальной автомобильной техники“ 1. Общие положения

Под устойчивостью колесной или гусеничной машины понимается ее способность двигаться в разнообразных условиях без опрокидывания и без бокового скольжения колес всех осей автомобиля или одной из них. В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятна и более опасна потеря поперечной устойчивости, которая выражается в заносе или боковом опрокидывании машины. Поперечная устойчивость машины — способность сохранять заданное движение без опрокидывания, сползания, заноса при движении на повороте, а также при боковом перемещении и сползании на уклоне. Поперечная устойчивость колесных и гусеничных машин характеризуется также величинами предельных углов косогоров α , при которых машины могут передвигаться, не опрокидываясь. Под продольной устойчивостью машины подразумевается ее способность двигаться по уклону без опрокидывания вокруг осей, проходящих через точки опор передних или задних колес, или вокруг тех же осей переднего или заднего опорных катков гусеничного движителя с последующим опрокидыванием через тяговые или натяжные звездочки. 2. Цель работы

Ознакомление с методикой расчета показателей устойчивости специальной автомобильной техники. 20

3. Задачи

1. Изучить схему сил, действующих на специальную автомобильную технику при движении на повороте. 2. Ознакомиться с методикой определения критической скорости на опрокидывание. 3. Определить критическую скорость на боковое скольжение. 4. Изучить схему сил, действующих на специальную автомобильную технику на продольном уклоне. 5. Определить угол подъема, при котором может начаться сползание колесной транспортно-технологической машины. 6. Определить угол подъема, при котором может начаться опрокидывание специальной автомобильной техники. 4. Порядок выполнения работы

Выполнение работы начинается с изучения схемы сил, действующих на специальную автомобильную технику при движении на повороте. Pц R O

Ga hц

Pϕ

A

O B

Рис 6.1. Схема сил, действующих на автомобиль при движении в повороте.

Машина, совершающая поворот по радиусу Rпов подвергается воздействию центробежной силы, которая может вызвать опрокидывание или занос. Максимальная (критическая) скорость движения автомобиля на повороте, при которой начнется опрокидывание:

Vкр =

g × Rпов × B , 2hц

где Vкр - критическая скорость машины на опрокидывание, м/сек; 21

(6.1)

Rпов - радиус поворота, м; B - величина колеи автомобиля, м; hц - высота расположения центра тяжести машины, м; g - ускорение свободного падения, м/сек2. Значение радиуса поворота и высоты расположения центра тяжести для учебных целей задается преподавателем. Критическая скорость на боковое скольжение при повороте автомобиля по кривой радиуса Rпов определяется по формуле:

Vкр = ϕ a × Rпов × g ,

(6.2)

где ϕa - коэффициент сцепления колес с дорогой. Определение показателей устойчивости специальной автомобильной техники на продольной плоскости начинается с изучения схемы действия сил на автомобиль, находящийся на продольном уклоне. Угол подъема α, при котором начнется опрокидывание автомобильной техники вокруг осей, проходящих через точки опор задних колес (для рассматриваемого случая), определяется по формуле:

tgα =

b , hц

(6.3)

где b - расстояние от центра тяжести машины до плоскости, проведенной через геометрическую ось задних колес, м; Значение расстояния от центра тяжести машины до плоскости, проведенной через геометрическую ось задних колес, задается преподавателем.

22

Pw

a

L b

V G

1

Z1

G Pf

2

1

O G co а sα G 2 P f2 а Z 2

hц

1

rk

O

G si а nα

α

Рис. 6.2. Схема сил, действующих на автомобильную технику, находящуюся на продольном уклоне.

Как правило, до начала опрокидывания машины на продольном уклоне начинается ее сползание или пробуксовывание ведущих колес. При этом угол α, при котором начинается сползание неполноприводной колесной техники, определяется из соотношения:

tgα =

a ×ϕa , L

(6.4)

где a - расстояние от центра тяжести машины до плоскости проходящей через геометрическую ось передних колес, м. В данном случае, значение расстояния от центра тяжести машины до плоскости проходящей через геометрическую ось передних колес может быть определено по формуле:

a = L − b,

(6.5)

Для полноприводной машины продольное сползание начнется при α, определяемом из соотношения:

tgα = ϕ а ,

(6.6)

5. Порядок оформления отчета

23

В отчете отражаются: 1). Схема сил, действующих на автомобиль при повороте. 2). Результаты расчета значений критической скорости на опрокидывание и боковое скольжение с аналитическими выводами. 3). Схема сил, действующих на автомобильную технику, находящуюся на продольном уклоне. 4). Результаты расчета значений угла уклона, при котором начнется опрокидывание и сползание машины с аналитическими выводами. Практическая работа № 7 “Влияние бокового увода на управляемость“ 1. Общие положения

Пневматическая шина при сравнительно небольшом давлении внутри является Gk эластичным элементом и не может воспринять поперечные силы, не меняя своего направления движения. Под действием поперечной силы Рб происходит боковая дефор4 мация шины, ее прогиб, при этом средняя плоскость колеса сместится на некоторое Pб 3 расстояние рис.7.1. 2 Величина угла увода будет возрастать с увеличением боковой силы и будет различ1 Zk ной для шин с жестким и мягким кордом. Vk Коэффициент KуB изменяется в широВ ких пределах и зависит от конструкции шины, давления в ней, слойности корда, размеров и т. д. Боковой увод шин оказывает вш 1' большое влияние на управляемость автомо2' биля изменяя направление движения каждой 3' из осей машины относительно направлений, δув 4' заданных без учета влияния бокового увода C рис 7.2. Связано это с тем, что при движении Рис. 7.1 Качение колеса с бокона повороте действие составляющей центро- вым уводом бежной силы вызовет боковую деформацию шин. Боковая деформация шин и увод всей машины в сторону возможен и при прямолинейном движении под действием бокового ветра, наклона дороги и т. д.

24

L

1

V1

δ2

α

α−δ

V2

R

δ1

R'

δ2

α−δ1

α

О1 О Рис. 7.2 Схема поворота автомобиля с боковым уводом

2. Цель работы

Ознакомление с методикой определения действительного радиуса поворота машины при заданном угле поворота колес α. 3. Задачи

1. Определить значения радиуса поворота САТТО без учета влияния бокового увода. 2. Определить значения центробежной силы и построить график зависимости между центробежной силы и скоростью колесной транспортнотехнологической машины. 3. Построить график зависимости между углом увода и боковой силой и определить углы увода САТТО. 4. Определить действительный радиус поворота машины. 5. Проанализировать влияние конструкции шин колесной транспортно-технологической машины на изменение углов увода и радиуса поворота машины. 4. Порядок выполнения работы

На начальном этапе производится расчет приближенного радиуса поворота машины при угле поворота колес α по следующей формуле:

Rпов =

L , tgα 25

(7.1)

где L – база автомобиля, м; α – угол поворота машины, град. Угол поворота машины задается преподавателем в интервале 10-25 градусов. Далее определяются центробежные силы, действующие на автомобиль при повороте, на переднюю и заднюю оси при различных скоростях движения машины с интервалом в 10 км/час. Указанные значения определяются по следующим формулам:

Pц 1 , 2

m V = 1, 2 R пов

2

,

(7.2)

где m1,2 – масса автомобиля, приходящаяся соответственно на переднюю или заднюю оси, кг; V – скорость автомобиля, м/с. Значения скорости машины выбираются начиная с 5 км/ч до 60км/ч с шагом 5 км/ч. Затем, определяются углы бокового увода, соответствующие данным центробежным силам по формуле:

δ ув1, 2 =

Рц1, 2 К ув

,

(7.3)

Полученные значения заносятся в таблицу 7.1 Таблица 7.1 Значения центробежных сил и углов увода для различных скоростей движения автомобиля Va V1 V2 V3 ..... Vn Рц1 δув1 Рц2 δув2 На основании данных таблицы 7.1 строятся графики зависимости центробежных сил Рц1, Рц2 от скорости движения машины Va и график зависимости между углом увода δув и боковой силой Рб. При построении второй зависимости следует учитывать, что при выполнении неравенства Рцi > 0,8Рбi начинается частичное проскальзывание шин и график имеет не линейный вид. При значении Рб=Gкϕа увод переходит в полное скольжение, и зависимость характеризуется горизонтальной линией. 26

Значение Кув определяется из таблицы 7.2.

Таблица 7.2. Ориентировочные значения Кув для шин различной конструкции Шины для грузовых автомобилей Кув, кН/град радиальные 2,0-2,1 диагональные 1,5-1,6 радиальные с регулируемым давлением 1,3-1,4 диагональные с регулируемым давлением 0,95-1,05 Значения углов увода δ1 и δ2 определяются графически. Далее определяется действительный радиус поворота машины по формуле: 1 Rпов =

L , tg (α − δ 1 ) + tgδ 2

(7.4)

где L – база автомобиля, м; α – угол поворота машины, град; δ1,2 – углы увода, град. На последнем этапе работы рассматриваются варианты комплектации машины шинами различной конструкции на разных осях автомобиля. В случае уменьшения действительного радиуса поворота машины, определенного по формуле 7.4. производится проверка машины на устойчивость по критической скорости на опрокидывание и скольжение по формулам представленным в работе №6 5. Порядок оформления отчета

В отчете отражаются: 1. Результаты расчетов значений центробежной силы, углов увода (таблица 7.1) и действительный радиус поворота. 2. Построение графика зависимости центробежной силы Рц от скорости движения машины Va и график зависимости между углом увода δув и боковой силой Рб.

27

СОДЕРЖАНИЕ

Практическая работа № 1 .............................................................................. 3 Практическая работа № 2 .............................................................................. 7 Практическая работа № 3 .............................................................................. 9 Практической работы № 4 .......................................................................... 13 Практическая работа № 5 ............................................................................ 17 Практическая работа № 6 ............................................................................ 20 Практическая работа № 7 ............................................................................ 24

28

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Теория рабочих процессов транспортных и технологических машин и оборудования” для студентов специальности 23.01.00 “Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (нефтегазодобыча)” очной и заочной полной и сокращенной форм обучения

Составители: к. т. н., доцент Асеев С.А., ассистент Джанбровский Д.С.

Подписано к печати Заказ № Формат 60/90 1/16 Отпечатано на RISO GR 3750

Бум. писч. № 1 Уч. изд. л. Усл.печ.л. Тираж экз.

«Издательство нефтегазовый университет» государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 625000, г. Тюмень, ул. Киевская, 52

29