1.4 Тягово-сцепные свойства тракторов

В процессе выполнения сельскохозяйственных работ на машинно-тракторный агрегат действуют различные силы: движущая агрегат сила F, сила сопротивления перекатыванию трактора P_f, сила инерции P_j, сила сопротивления воздушной среды P_b, сила сопротивления подъему (продольная составляющая силы тяжести трактора) Р_а и сила тягового сопротивления рабочей машины или агрегата R_a (продольная составляющая силы тягового сопротивления агрегата).

С определенным допущением считается, что скорости движения агрегатов постоянны (кроме разгона и торможения) и сравнительно невелики, поэтому силы P_j и P_b в расчетах принимаются равными нулю.

Соотношение действующих на машинно-тракторный агрегат сил в этом случае представляется в следующем виде:

или

где - - сумма сил сопротивления движению, кН.

(1.5)

Движущая агрегат сила F возникает за счет взаимодействия движителя трактора (колеса или ведущей звездочки гусеницы) на который от двигателя передается крутящий момент, с почвой (рис. 4). Величина этой силы всегда ограничивается или касательной силой P_к, с одной стороны, или силой сцепления трактора с почвой F_сц– с другой.

Рисунок 4 - Механизм образования движущей силы.

Касательная сила макет быть определена по формуле:

(1.6)

где - радиус качения ведущего колеса, м; - передаточное число трансмиссии; - механический к.п.д. трансмиссии.

Значения касательной силы определяются, в основном, мощностными показателями двигателя. Сила сцепления трактора с почвой F_сц зависит от сцепного веса трактора G_сц и коэффициента сцепления с почвой μ:

(1.7)

Коэффициент μ зависит от плотности и состава почвы, ее влажности, а также от конструкции почвозацепов ведущих колес.

Для расчетов коэффициент μ выбирается из приложения (таблица 1 П.).

Сцепной вес гусеничных тракторов и тракторов со всеми ведущими колесами принимается равным силе тяжести (весу) трактора, т.е. G_сц=G_тр, а для колесных тракторов с одной ведущей осью -G_сц≈2/3G_тр.

Величина силы F_cц, может быть увеличена путем улучшения сцепных свойств движителей тракторов (за счет применения сдвоенных колес или уширенных гусениц и т.д.), а также путем увеличения сцепного веса трактора (с помощью гидроувеличителя сцепного веса ГСВ или заливкой воды в колесные шины).

В расчетах за движущую силу принимают касательную силу P_к (F = P_к), если P_к ≤ F_cц в том случае, когда P_к > F_cц за движущую силу принимают F_cц (F = F_cц).

В практике эксплуатационных расчетов требуется значение такого показателя, как тяговое усилие трактора Р_т. Значение этого показателя всегда меньше касательной силы P_к, Р_т может быть равно P_к только чисто гипотетически - при наличии горизонтальной и абсолютно твердой поверхности и абсолютно твердых колес.

Фактически же тяговое усилие трактора можно представить в виде соотношения:

(1.8)

(1.9)

. (1.10)

Сила сопротивления перемещению трактора P_f определяется по формуле:

(l.11)

где f коэффициент сопротивления качению; G_тр - вес трактора, кН.

Сила сопротивления подъему (при движении трактора на подъем) Р_ определяется из выражения:

(1.12)

где α - угол подъема, град.

Значения Ne_н, Me_н, i_тр и η_тр, необходимые для расчетов номинальной касательной силы Р_кн приведены в табл. 3 П. и 4 П.

Механический к.п.д. трансмиссии (гусеничных и колесных тракторов) определяется по формулам:

(1.13)

(1.14)

где η_ц - к.п.д. одной пары соответственно цилиндрических и конических зубчатых колес трансмиссии трактора (таблица 2 П.); α и β - число пар цилиндрических и конических зубчатых колес, находящихся в зацеплении (табл. 3 П. и 4 П.); η_r - механический к.п.д. гусеничной цепи (обычно η_r = 0,95…0,97).

При расчете касательной силы Р_кн радиус качения r_к определяется для гусеничных тракторов - как радиус ведущей звездочки (таблица 4 П.), а для колесных тракторов - по формуле:

(1.15)

где r_о - радиус стального обода колеса, м; h_ш - высота профиля шины ведущих колес, м.

Следует учитывать, что при расчете агрегатов с приводом от вала отбора мощности (ВОМ) касательная сила Р_к уменьшается на некоторую величину определяемую из формулы:

(1.16)

где N_вом – мощность привода ВОМ, кВт (таблица11 П.); η_вом -к.п.д. ВОМ (обычно η_вом = 0,95).

Для определения рабочей скорости МТА применяется следующая формула:

(1.17)

где V_т - расчетная скорость движения трактора при номинальной частоте вращения коленчатого вала, сек^-1; п - действительная частота вращения коленчатого вала двигателя, сек^-1; δ - коэффициент буксования ведущих колес трактора, %.

Коэффициент δ определяется из тяговых характеристик (таблица 5 П. и 6 П.). Показатели, характеризующие тяговые возможности трактора и режимы его работы, определяются следующими соотношениями:

(1.18)

(1.19)

Степень тяговой загрузки трактора может быть оценена коэффициентом использования тягового усилия ξ_рт или коэффициентом использования максимальной тяговой мощности ξ_Nт:

(1.20)

(1.21)

где R_а - тяговое сопротивление агрегата, кН.

Условия и степень использования мощности трактора характеризует его тяговый к.п.д.:

(1.22)

Для тягово-приводных агрегатов тяговый к.п.д. определяется по формуле:

(1.23)

Рациональные значения ξ_рт находятся в пределах 0,8...0,94 (при пахоте) и 0,92...0,97 (при выполнении других работ) (таблица 6).

Для удобства выполнения расчетов различных эксплуатационных показателей тракторов обычно пользуются их тяговыми характеристиками.

Тяговые характеристики тракторов представляют собой графическое (рисунок. 5) изображение зависимостей тяговой мощности N_T, рабочей скорости V_р, часового G_т расхода топлива, а также коэффициента буксирования движителей от величины силы тяги Р_т (которая формируется внешним сопротивлением движению трактора) на различных передачах.

Рисунок 5 - Тяговая характеристика тракторов.

Тяговые характеристики тракторов получены по экспериментальным данным их полевых испытаний на горизонтальных участках с различным агрофоном (на стерне колосовых культур, на поле, подготовленном под посев и т.д.). Они также могут быть представлены в табличном виде (таблиц 5 П. и 6 П.). Из графика (рисунок 5) можно понять, что максимальным значениям тяговой мощности (определяемым как номинальные) на каждой из передач соответствуют номинальные значения тягового усилия ( , и т.д.), рабочей скорости ( , и т.д.) и часового расхода топлива ( , и т.д.).