3. 1.3. Расчет тяговой характеристики для заданного (заданных) почвенного фона (почвенных фонов)

1.5.1. Общие сведения и расчетные формулы

Тягово-энергетические свойства трактора оценивает тяговая характеристика, выражающая зависимость его действительной скорости движения V, тяговой мощности N_кр, тягового к.п.д. η_тяг, буксования ведущих колес δ, часового G_т и удельного расхода топлива g_кр от тягового усилия P_кр.

Тяговая характеристика – это построенная в других координатах регуляторная характеристика двигателя, трансформированная через трансмиссию и движитель, т. е. с учетом потерь энергии и скорости в трансмиссии, на перекатывание и буксование.

Расчет тяговой характеристики начинают с определения буксования ведущих колес для заданного почвенного фона. Буксование ведущих колес δ принимают зависящим только от тягового усилия трактора, поэтому сначала строят зависимость δ = f (Р_кр), используя осредненные значения δ для разных значений коэффициента использования сцепления φ_кр (таблица 2). Эти значения получены путем обобщения результатов тяговых испытаний многих тракторов на разных почвенных фонах.

Таблица 2 – Зависимость буксования от коэффициента использования сцепления

Почвен-ный фон	Тип трактора	Буксование  (%) для φкр
		0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Залежь			Колесный 4К4	1	2,5	5	9	15	27	42	-	-
			Колесный 4К2	1	3	5,5	10	16	30	50	-	-
			Гусеничный	1	1,5	2	2,5	3	4	6	12	35
Стерня			Колесный 4К4	2	4	7	14	21	32	50	-	-
			Колесный 4К2	2,5	5	9	17	28	48	-	-	-
			Гусеничный	1	1,5	2	3	4	6	11	30	-
Почва, подготовленная под посев			Колесный 4К4	2	5	9	16	26	48	-	-	-
			Колесный 4К2	3	6	10	20	32	-	-	-	-
			Гусеничный	1	2	3	4	5	9	25	42	-

Для построения зависимости δ = f (Р_кр) значения Р_кр определяют из формулы Р_кр = φ_крG_сц

Сцепной вес трактора рассчитывают по формуле

G_сц = G_эλ_к =G_э =135500 , Н (11)

Коэффициент нагрузки ведущих колес λ_к, как было указано ранее, у гусеничных тракторов и колесных 4К4 λ_к = 1, у колесных тракторов 4К2 λ_к = 0,75...0,80.

Таблица 3 – Зависимость буксования от тягового усилия проектируемого трактора (G_сц =135500 кН, почвенный фон - залежь )

φкр	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
δ,%	0	1	1,5	2	2,5	3	4	6	12	35
Ркр, кН	0	13,5	27,1	40,65	54,2	67,75	81,3	94,85	108,4	121,95

Рисонок 2- Зависимость буксования δ от тягового усилия Р_кр и коэффициента φ_кр.

При расчете тяговой характеристики используются следующие формулы:

Сила тяги на крюке P_кр в Н:

, Н (12)

, кН (13)

м (14)

где Р_к и Р_f – касательная сила тяги и сила, затрачиваемая на перекатывание, Н;

M_д – крутящий момент двигателя, Н·м;

i_тр – передаточное число трансмиссии;

η_тр – к.п.д., учитывающий потери в трансмиссии;

– радиус качения гусениц, м;

G_э – эксплуатационный вес трактора, Н;

f – коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению f принимают из учебных пособий [3, 4, 5]. В среднем можно принять f = 0,05, 0,09 и 0,16 (колесные тракторы) и f = 0,06, 0,07 и 0,12 (гусеничные тракторы) для почвенных фонов соответственно залежи, стерни и поля, подготовленного под посев.

Значения силы P_кр определяют на всех передачах для работы двигателя по регуляторной характеристике на режимах номинальной мощности, максимального крутящего момента и с недогрузкой при M_д = 0,5 M_д.н (таблица 1). При работе трактора на холостом ходу (без тяговой нагрузки) P_кр = 0.

Действительная скорость движения V в км/ч:

, (15)

где V_т – теоретическая скорость движения, км/ч;

δ – буксование ведущих колес;

n_д – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Для определения действительной скорости движения сначала определяют на всех передачах и режимах работы теоретическую скорость движения V_т и буксование ведущих колес δ.

Теоретическую скорость движения трактора V_т определяют на трех характерных режимах его работы по формуле ( 15 ):

- холостой ход (Р_кр=0);

- режим максимальной тяговой мощности N_кр.м (номинальной мощности на соответствующей передаче);

- режим максимального тягового усилия P_кр.м.

При этих расчетах используют значения эффективных показателей двигателя, приведенные в таблице 1. Следует учитывать, что режим холостого хода трактора не соответствует холостому ходу двигателя, так как при работе на нем часть мощности двигателя затрачивается на преодоление сопротивлений, возникающих из-за потерь энергии в трансмиссии и на перекатывание. Поэтому при расчете скорости движения на холостом ходу принимают n_д = n_д.х – 20, т.е. частота вращения коленчатого вала снижается примерно на 20 мин^-1 из-за затрат энергии двигателем на холостой ход трактора.

Значения буксования δ для каждого из расчетных значений P_кр определяют из графика δ = f (Р_кр) на рис. 2.

Если значения δ выходят за кривые графика δ = f (Р_кр), то соответствующие им значения Р_кр не могут быть реализованы из-за недостаточного сцепления ведущих колес с почвой. В таком случае для этих режимов действительная скорость V = 0. Для реализации требуемой силы тяги целесообразно предусмотреть увеличение G_сц балластированием или гидродогрузкой ведущих колес трактора, получаемой за счет переноса на задние колеса вертикальных нагрузок с опорных колес навесных машин и передних колес трактора созданием давления масла в гидроци-линдре навески [2, 4, 5]. Надо рассчитать, насколько следует увеличить G_сц, и определить после этого δ и другие показатели.

Тяговая (крюковая) мощность N_кр в кВт:

. (16)

Тяговый к. п. д.

. (17)

Удельный (крюковой) расход топлива g_кр в г/(кВт·ч):

, (18)

где G_т – часовой расход топлива, кг/ч;

g_е – удельный эффективный расход, г/(кВт×ч).

Таблица 4 – Результаты расчета тяговой характеристики

Передача.		Режим работы.	Значение показателей.
			Ркр, Н.	V, км/ч.	Nкр, кВт.	ηтяг	δ, %	Gт, Кг/ч	gкр, г/(кВт∙ч)	Примечание.
2	Холостой ход.			0	4,1	0	0	0	8,8	0	-----
	Номинальный режим.			89,8	3,6	90,1	0,5	0,06	29,6	436,4	-----
	Максимальная перегрузка.			117,6	2,2	67,7	0,69	0,16	29,4	316,2	Необходимо перенести часть веса навесной машины на трактор.
	0,5 Ркр.н			38,9	3,1	33,5	0,28	0,22	18	779,2	-----
3	Холостой ход.			0	4,7	0	0	0	8,8	0	-----
	Номинальный режим.			76,3	4,3	91,2	0,51	0,035	29,6	427,8	-----
	Максимальная перегрузка.			101,3	2,8	73,2	0,75	0,08	29,4	290,9	-----
	0,5 Ркр.н			32,4	4,5	40,25	0,34	0,015	18	641,7	-----
4	Холостой ход.			0	5,7	0	0	0	8,8	0	-----
	Номинальный режим.			62,6	5,2	90,2	0,5	0,22	29,6	436,4	-----
	Максимальная перегрузка.			84,9	3,5	74,4	0,75	0,048	29,4	290,9	-----
	0,5 Ркр.н			26,03	5,5	39,8	0,34	0,01	18	641,7	-----
5	Холостой ход.			0	6,9	0	0	0	8,8	0	-----
	Номинальный режим.			49,9	6,3	87,9	0,48	0,22	29,6	454,5	-----
	Максимальная перегрузка.			69,9	4,3	73,8	0,75	0,035	29,4	290,9	-----
	0,5 Ркр.н			19,73	6,7	73	0,4	0,01	18	545,45	-----
											-----

На промежуточном режиме работы трактора с недогрузкой (Р_кр = 0,5 Р_кр.н) значения всех показателей определяют из тяговой характеристики после ее построения. Этот режим включен для получения дополнительной точки кривой g_кр = f (Р_кр). Удельный расход g_кр определяют по формуле (18), значения G_т и N_кр берут из соответствующих кривых тяговой характеристики.