4.4 Тяговые расчеты машин для земляных работ.

Тяговый расчет включает в себя определение основных параметров силовой установки, обеспечивающих требуемые тяговые характеристики, тягового усилия, максимальных рабочих и транспортных сопротивлений, мощности и крутящего момента двигателя и др. Исходными данными при расчете являются: требования к машине и рабочим органам со стороны технологического процесса, параметры рабочего органа, тип движителя, коэффициенты сопротивлений, скорости движения и др. Может быть решена и обратная задача: по заданным тяговым характеристикам определить скорости движения и другие параметры рабочего оборудования.

Тяговое усилие (окружную силу) Т, которое должно развиваться движителем определяют по сопротивлениям, возникающим в рабочем и транспортном режимах движения машины. Сопротивлением воздуха в рабочем режиме движения МЗР пренебрегают.

Для тягового режима уравнения силового баланса имеет вид:

; (4.14)

где - сила сопротивления движению, P_f=G_м·f (f- коэффициент сопротивления движению (табл. 4.2), G_м- сила тяжести машины], P₀₁- горизонтальная составляющая силы сопротивления грунта копанию (методы ее определения рассмотрены в соответствующих разделах); Р_у – сила сопротивления, обусловленная движением машины на уклоне;

; (4.15)

где α- угол наклона поверхности движения к горизонту (при малых α можно полагать, что sinα≈ tgα); i= tgα= - уклон местности, который измеряется как отношение высоты подъема h к его протяженности (заложению), измеренной по горизонтали; P_и- сопротивление от преодоления сил инерции при неравномерном поступательном движении, Р_и= , (К_и- коэффициент учета инерции вращающихся масс механизмов привода движителя, для гусеничных машин К_и= 1,05÷1,1, для колесных машин К_и=1,2÷1,3); g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с², j-ускорение, м/с², j= ( –скорость машины после разгона, м/с; t_р- время разгона, t_р=2÷5 с).

В транспортном режиме уравнения столового баланса имеет вид:

; (4.16)

где P_в- сила сопротивления воздуха движению машины (Р_в= ), К_w – приведенный коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), К_w=0,06-0,07 Н·с²/м⁴; F – площадь лобового сопротивления машины, которая определяется как проекция машины на плоскость, перпендикулярную направлению движения; - действительная скорость движения машины (_д=0,377 км/ч ); r_с- силовой радиус колеса; n_е – число оборотов коленчатого вала двигателя, об/мин, i_м – передаточное число трансмиссии, δ_к – коэффициент буксования, %.

Наиболее полно тяговые качества пневмоколесных МЗР оцениваются тяговыми характеристиками, которые в графической форме выражают зависимость коэффициента буксования δ_к, действительной скорости движения _д, часового расхода топлива G_т, тяговой мощности N_т, тягового КПД η_т, удельного расхода топлива g_т от силы тяги Т при ее изменении от нулевого до максимального значения, обуславливаемого условиями сцепления шин с опорной поверхностью или мощностью двигателя.

При работе землеройно-транспортных машин часть мощности двигателя отбирается на привод вспомогательных механизмов и агрегатов.

В результате отбора на привод колесного движителя идет только часть мощности двигателя. Это сказывается на тяговых качествах машин и является наиболее общим случаем при построении тяговых характеристик.

Для расчета и построения тяговой характеристики требуются следующие данные: регуляторная характеристика двигателя или выходная характеристика привода – двигатель внутреннего сгорания – гидродинамическая передача, общие передаточные числа трансмиссии на разных передачах и КПД механической трансмиссии, нормальные реакции грунта на ведущие и ведомые колеса машины, колесная схема и размер пневматических шин, вид и состояние грунтовой поверхности.

Расчет и построение характеристик, определяющих тяговые свойства пневмоколесных МЗР выполняются в такой последовательности.

Табл. 4.3. Значения коэффициентов А, В, n для колесного движителя на связных грунтах

Состояние грунта	Относительная влажность грунта	Давление воздуха в пневматической шине, МПа
		0,1			0,2			0,3			0,4			0,5
	w/w0	A	B	n	A	B	n	A	B	n	A	B	n	A	B	n
Рыхлый (насыпной)	0,67 1,00 1,17 1,33	0,11 0,12 0,13 0,14	2,79 2,97 2,73 2,53	6 6 5 4	0,11 0,12 0,13 0,14	5,15 6,58 6,29 6,68	6 6 5 4	0,11 0,12 0,13 0,14	7,82 11,13 10,06 11,72	6 6 5 4	0,11 0,12 0,13 0,14	10,24 14,74 14,15 19,14	6 6 5 4	0,11 0,12 0,13 0,14	12,31 18,10 18,88 24,96	6 6 5 4
Плотный (свежесрезан ный)	0,67 1,00 1,17 1,33	0,09 0,10 0,12 0,15	1,50 2,31 2,56 2,81	8 8 6 4	0,09 0,10 0,12 0,15	2,34 5,48 7,76 10,03	8 8 6 4	0,09 0,10 0,12 0,15	2,81 9,25 14,79 27,35	8 8 6 4	0,09 0,10 0,12 0,15	3,38 14,40 24,47 70,82	8 8 6 4	0,09 0,10 0,12 0,15	3,73 18,10 42,18 210,28	8 8 6 4

Здесь: w –весовая влажность грунта, w₀- оптимальная влажность грунта, определенная методом стандартного уплотнения.

1. Во втором квадранте (рис. 4.6) размещаем регуляторную характеристику двигателя, представленную в функции крутящего момента М_е.

Рис. 4.6 Тяговая характеристика МЗР.

2. По оси абсцисс влево от начала координат (точка 0) графика регуляторной характеристики двигателя откладываем значение мощности двигателя, расходуемой на привод вспомогательных механизмов машины N_ео. Через полученную точку b₁ проводим вертикаль до пересечения с кривой N_е, а затем через точку b₂- горизонталь так, чтобы она пересекла кривые частоты вращения n_е, часового расхода топлива G_е и ось ординат. После этого определяем крутящий момент двигателя М_ео, расходуемый на привод механизмов машины, а проектируя точки b₃ и b₁ на ось абсцисс, по соответствующим шкалам устанавливаем часовой расход топлива, который идет на привод механизмов, и частоту вращения коленчатого вала n_ео при условии, если двигатель развивает мощность N_ео.

3. Рассматривая точку O₁ как начало координат силы тяги, строим кривую коэффициента буксования δ_к в функции силы тяги машины Т по сцеплению, используя зависимость:

δ_к= ; (4.17)

4. Подсчитываем силу сопротивления качению колес машины =G_м·f и откладываем найденное значение P_f влево от точки О₁. Полученная точка О₂ будет началом окружной силы колесного движителя машины.

5. В первом квадранте для каждой передачи строим график, устанавливающий зависимость крутящего момента М_е двигателя с использованием формулы (4.10), здесь луч Р_Д другие кривые тяговой характеристики будут построены только для одной передачи.

6. Строим кривую действительной скорости действительной скорости _д= 0,377 . Для определения n_e при работе машины с отбором мощности N_eo и при Т=0 необходимо провести через точку d₁ горизонталь до пересечения с кривой n_e, а затем полученную точку d₂ спроектировать на ось абсцисс. После этого можно определить по шкале n_e частоту вращения коленчатого вала двигателя и подсчитать для него при δ_к=0 максимальное значение действительной скорости МЗР.

7. Строим кривую часового расхода топлива G_Т в функции силы тяги Т. Проектируя точку a₄ на ось абсцисс, по соответствующей шкале устанавливаем полный расход топлива G_Тi двигателем, состоящий из расхода на привод вспомогательных механизмов G_eo и колесного движителя машины G_eki. При силе тяги Т_i:

G_eki= G_Тi─ G_eo (4.18)

Найденное значение G_eki отложено в первом квадранте (отрезок a₁, a₈).

8. Производные зависимостей тяговой характеристики N_т=N_т(Т) и g_Т= g_Т(Т) строят, как и в предыдущих случаях, по точкам путем подстановки соответствующих значений Т и _д в формулу

N_Т=Т ·_д, а также значений G_ek и N_Т в формулу g_Т= значения N_Тi и g_Тi, соответствующие режиму работы МЗР Т_i при отборе мощности двигателя на привод механизмов, обозначены отрезками a₁a₉ и a₁a₁₀.

Кривую зависимости тягового КПД η_т от силы тяги Т строим по точкам по формуле η_Т= .

Значение N_Тi при работе МЗР на режиме Т_i находим по размеру отрезка a₁a₉ с учетом масштаба шкалы тяговой мощности. Соответствующую мощность двигателя находим прежним приемом, проектируя точку a₅ на шкалу N_e. Найденное значение η_Тi обозначено отрезком a₁a₇.

С помощью тяговой характеристики можно выявить технико-экономические качества машины воспользовавшись следующими показателями, устанавливаемыми для каждой передачи привода хода при различных значениях силы тяги: тяговой мощностью N_Т, коэффициентом буксования δ_к, действительной скоростью движения _д, тяговым КПД η_Т, часовым G_Т и удельным g_Т расходом топлива, а также запасом силы тяги, определяющим способность для землеройных машин преодолевать повышенные сопротивления грунта копанию без перехода на пониженную передачу.

Последний показатель находят как разность между максимальной силой тяги, определяемой условиями сцепления колесного движителя с поверхностью качения Т_, и силой тяги Т при данном режиме работы машины. Кроме этого можно определить следующие характерные значения силы тяги (рис. 4.6): силу Т_Ne тяги при максимальной мощности, силу тяги Т_NТ при максимальной тяговой мощности, номинальную силу тяги Т_н при буксовании колесного движителя δ_к=20%, силу тяги Т_η – соответствующую максимальному значению тягового КПД при δ_к=10%, наибольшую допустимую силу тяги Т_дmax при кратковременной работе, соответствующую буксованию колесного движителя δ_к=30%.