3

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра эксплуатации машинно-тракторного парка

В.Л. Андреев, Р.Ф. Курбанов

РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ ТРАКТОРА

ДЛЯ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЙ

РАСЧЁТ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ

РАБОТЫ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Киров

Вятская ГСХА

2011

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГОУ ВПО ВЯТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра эксплуатации машинно-тракторного парка

В.Л. Андреев, Р.Ф. Курбанов

РАСЧЁТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЯГОВЫХ СВОЙСТВ ТРАКТОРА

ДЛЯ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЙ

РАСЧЁТ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ

РАБОТЫ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Методическое пособие для выполнения практических заданий

студентами инженерного факультета

Киров

Вятская ГСХА

2011

УДК 631.3

Андреев В.Л.,   Курбанов Р.Ф. Расчёт показателей тяговых свойств трактора для заданных условий. Расчёт оптимального состава и показателей работы машинно-тракторных агрегатов: Методическое пособие для выполнения практических заданий студентами инженерного факультета. - Киров: Вятская ГСХА, 2011. - 84 с.

Рецензенты: доцент кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка Вятской ГСХА, кандидат технических наук П.Е. Щинов; профессор кафедры сельскохозяйственных машин, доктор технических наук Н.П. Сычугов.

Методическое пособие предназначено для выполнения практических заданий по курсу ”Эксплуатация машинно-тракторного парка” студентами инженерного факультета (специальность 110301 - Механизация сельского хозяйства) Вятской государственной сельскохозяйственной академии.

В пособии рассматриваются технологические, энергетические и экономические показатели работы сельскохозяйственных агрегатов, приводится методика расчетов по планированию работы машинно-тракторного парка сельскохозяйственных предприятий.

© Андреев В.Л., Курбанов Р.Ф., 2011

© ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная

академия, 2011

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Целью выполнения практического задания по курсу “Эксплуатация машинно-тракторного парка” студентами инженерного факультета (специальность 110301 - Механизация сельского хозяйства) является закрепление и углубление теоретических знаний, получение навыков практического применения полученных знаний по эффективному использованию машинно-тракторных агрегатов для выполнения технологических операций в сельскохозяйственном производстве.

УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ

Задание выполняется на бумаге формата А4 в соответствии со стандартом предприятия СТП ВГСХА 2-07 [1].

Номера разделов данного методического пособия соответствуют номерам расчётных практических заданий.

1 Расчёт показателей тяговых свойств трактора

ДЛЯ ЗАДАННЫХ УСЛОВИЙ

Целью задания является изучение методики количественной оценки влияния параметров двигателя, трансмиссии, ходовой части трактора и режимов его работы, условий движения на показатели его тяговых свойств.

Для выполнения задания, согласно индивидуально выданным каждому студенту исходным данным, необходимо:

а) рассчитать для основных передач трактора (не менее трёх) при двух состояниях поля (дороги) касательную силу Р_кас.н , номинальную движущую силу по сцеплению F_сн , движущую силу Р_дв , сопротивление движению трактора Р_f , сопротивление подъёму (спуску) трактора Р_α , тяговое усилие трактора Р_Тн , рабочую скорость движения υ_p , тяговую мощность N_Т и кпд трактора η_тр , удельный расход топлива g_Т ;

б) построить график тягового баланса трактора для одной передачи при подъёме и спуске;

в) сделать заключение о тяговых свойствах трактора (надёжности сцепления ходового аппарата с почвой или дорогой, скорости движения, тяговом кпд) и факторах, оказывающих влияние на их величину;

г) установить причины изменения тяговой мощности при работе на одной передаче в разных почвенных или дорожных условиях и при работе на разных передачах в одинаковых почвенных или дорожных условиях.

Исходные данные

Марка трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Состояние поля (дороги): а) μ_с. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

б) μ_пп. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Угол α наклона участков поля (дороги), град.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Передачи трактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1 Определение касательной силы

Расчёт касательной силы Р_кас.н при номинальном режиме работы двигателя с использованием приложений А, Б производят по формуле

, (1.1)

где N_ен - номинальная эффективная мощность двгателя, кВт;

i_т - передаточное число трансмиссии;

η_м  - механический кпд трансмиссии (для гусеничного трактора - с учётом потерь на трение в шарнирах гусеничных цепей);

r_к - радиус качения ведущего колеса (ведущей звёздочки) трак­тора, м;

n_н    - частота вращения коленчатого вала двигателя на номиналь­ном скоростном режиме, с^-1.

Механический кпд трансмиссии можно принять для колёсных тракторов η_м = 0,91…0,92; для гусеничных - η_м = 0,86…0,88.

Радиус r_к качения для гусеничных тракторов равен радиусу начальной окружности r_о ведущего зубчатого колеса. Для колёсных тракторов его определяют по выражению

, (1.2)

где r_о - радиус посадочной окружности стального обода, м;

h_ш - высота поперечного профиля шины, м;

k_ш - коэффициент усадки (для пневматических шин низкого давле­ния на твёрдом грунте k_ш = 0,7; стерне и залежи - k_ш = 0,75; вспахан­ном поле - k_ш = 0,8).

1.2 Определение движущей силы по сцеплению

Номинальную движущую силу по сцеплению F_сн (кН) определя­ют по формуле

, (1.3)

где G_с - сцепной вес трактора, кН [5-10].

Коэффициент μ_н сцепления ходового аппарата трактора с поч­вой при допустимом буксовании принимают из исходных данных.

Для гусеничных тракторов и колёсных с двумя ведущими мос­тами в качестве сцепного веса принимают вес трактора, то есть

, (1.4)

где G - эксплуатационный вес трактора, кН (приложения А, Б).

Для колёсных тракторов с одним ведущим мостом сцепной вес находят по выражению

. (1.5)

1.3 Определение движущей силы

Движущую силу Р_дв  находят сравнением численных значений Р_кас.н и F_сн по передачам и почвенным (дорожным) условиям; она равна меньшей из них.

При Р_кас.н ≤ F_сн сцепление движителей с почвой (дорогой) явля­ется достаточным, тогда Р_дв  = Р_кас.н , так как касательная сила Р_кас.н может быть полностью использована для тяговой работы.

При Р_кас.н > F_сн сцепление движителей с почвой (дорогой) явля­ется недостаточным, тогда Р_дв  = F_сн , так как в этом случае для тяго­вой работы может быть использована только часть касательной силы Р_кас.н, численно равная F_сн .

1.4 Определение номинального тягового усилия

Номинальное тяговое усилие трактора Р_тн (кН) для всех передач при работе в заданных почвенных (дорожных) условиях определяют из уравнения тягового баланса трактора. Для тягового агрегата при установившемся движении и без учёта сопротивления воздушной среды значение номинального тягового усилия Р_тн при достаточном сцеплении определяют по выражению

, (1.6)

а при недостаточном сцеплении -

, (1.7)

где Р_f  - сопротивление качению трактора, кН;

Р_α  - сопротивление подъёму (спуску) трактора, кН.

Значение Р_α в уравнениях (1.6) и (1.7) принимают со знаком "плюс" при движении трактора под уклон и со знаком "минус" - при движении на подъём.

1.5 Определение сопротивления качению трактора

Сопротивление качению трактора Р_f (кН) для заданных почвенных (дорожных) условий вычисляют по формуле

, (1.8)

где f - коэффициенты сопротивления качению трактора для заданных почвенных (дорожных) условий (приложение В).

1.6 Сопротивление движению трактора на местности

Сопротивление Р_α (кН) движению трактора на местности с углом наклона α определяют по уравнению

. (1.9)

Результаты расчётов составляющих тягового баланса трактора представляют в таблице 1.1, расположенной непосредственно после абзаца, в котором она упоминается, или на следующей странице.

Таблица 1.1 - Результаты расчёта составляющих тягового баланса трактора, кН

Состояние поля (дороги)	Передачи трактора	Ркас.н	Fсн	Рдв	Рf	Рα	Ртн
Поле, подго­товленное под посев
Стерня

Графики тягового баланса трактора строят в прямоугольных осях координат. На оси абцисс откладывают значения коэффициента сцепления μ_н , а по оси ординат - составляющие тягового баланса Р_кас.н , F_сн , Р_f , Р_α для двух состояний поля (дороги) на одной из передач, выбранных студентом самостоятельно. На графике тягового баланса отмечают зоны достаточного и недостаточного сцепления, а также тяговое усилие трактора Р_тн .

Для примера на рисунках 1.1 и 1.2 приведены графики тягового баланса трактора ДТ-75МВ при работе на третьей передаче при дви­жении на подъём и под уклон. При построении графиков следует иметь в виду, что при движении трактора на подъём на оси ординат вначале откладывают численное значение усилия Р_α выше оси абсцисс, а затем графически прибавляют сопротивление качению трактора Р_f  (рису­нок 1.1). При движении трактора под уклон значение Р_α откладывают ниже оси абцисс (в данном случае составляющая будет увеличивать тяговое усилие трактора), затем от линии Р_α вверх откла­дывают численное значение сопротивления Р_f  (рисунок 1.2).

Рисунки, выполненные на разлинованной миллиметровой бума­ге или с помощью программ персонального компьютера для графи­ческого изображения, следует располагать в задании непосредствен­но после текста, в котором они упоминаются, или сверху на следу­ющей странице .

1.7 Определение рабочей скорости движения

Рабочую скорость движения υ_р (м/с) для всех передач трактора в общем случае определяют по уравнению

, (1.10)

где υ_тн - теоретическая скорость движения трактора, м/с;

δ - буксование ходового аппарата, %;

n     - действительная частота вращения коленчатого вала двига­теля, с^-1.

Теоретическую скорость движения υ_тн (м/с) определяют по вы­ражению

. (1.11)

I - зона недостаточного сцепления; II - зона достаточного сцепления

Рисунок 1.1 - График тягового баланса трактора ДТ-75МВ при работе на третьей передаче при движении на подъём

I - зона недостаточного сцепления; II - зона достаточного сцепления

Рисунок 1.2 - График тягового баланса трактора ДТ-75МВ при работе на третьей передаче при движении под уклон

В условиях достаточного сцепления действительная частота вращения коленчатого вала двигателя равна номинальной, то есть n = n_н , а при недостаточном -

, (1.12)

где n_х - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, с^-1 (принимается из приложения Г скоростных характеристик двигателей).

Для определения действительного значения буксования δ необходимо построить графики δ = f (P_Т) для обоих почвенных фонов (рисунок 1.3) и с их помощью определить значения буксования δ, соответствующие значениям тягового усилия P_т по передачам. Графики строят по тяговым характеристикам рассматриваемого трактора на соответствующем фоне (приложение Д).

I - при движении по полю, подготовленному под посев; II - по стерне

Рисунок 1.3 - Зависимость буксования δ от тягового усилия P_Т трактора

Следует иметь в виду, что при движении трактора под уклон величину буксования δ определяют по графику (рисунок 1.3) при значении на соответствующих передачах трактора.

Это объясняется тем, что в данном случае составляющая веса трактора , увеличивающая его тяговое усилие, на ходовой аппарат трактора не передаётся и, соответственно, влияния на буксование не оказывает.

1.8 Расчёт составляющих рабочего баланса мощности трактора

Мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя, идёт как на совершение полезной работы, так и на преодоление внешних и внутренних сил сопротивления перемещению трактора. Об основных элементах распределения эффективной мощности N_ен двигателя судят по рабочему балансу мощности трактора, который для тягового агрегата выражается уравнением

, (1.13)

где N_нсц  - мощность двигателя, не используемая по условиям сцепле­ния (в случае недостаточного сцепления ходового аппарата трактора с почвой), кВт;

N_Т - мощность, идущая на тягу машин (тяговая мощность), кВт;

N_f - затраты мощности на качение трактора, кВт;

N_α - затраты мощности на преодоление подъёма (знак "плюс") или освобождающаяся мощность при движении на спуске (знак "минус"), кВт;

N_δ - затраты мощности на буксовании ходового аппарата, кВт;

N_м - потери мощности в трансмиссии трактора и на ведущих участках гусениц, кВт.

Мощность N_нсц (кВт) двигателя трактора, не используемую по условиям сцепления, определяют по выражению

. (1.14)

Остальные составляющие баланса мощности трактора определя­ют по формулам:

- мощность, затрачиваемая на тягу машин

; (1.15)

- затраты мощности на качение трактора

; (1.16)

- затраты мощности на преодоление подъёма или освобожда­ющаяся мощность при движении на спуске

; (1.17)

- затраты мощности на буксование:

а) при достаточном сцеплении

, (1.18)

б) при недостаточном сцеплении

; (1.19)

- потери мощности в трансмиссии трактора и на ведущих участ­ках гусениц

, (1.20)

где N_е - мощность двигателя, фактически передаваемая через транс­миссию трактора, кВт.

При условии достаточного сцепления N_е = N_ен , а при недоста­точном сцеплении N_е = N_ен - N_нсц .

1.9 Определение коэффициента полезного действия трактора

Об использовании мощности двигателя судят по коэффициенту полезного действия трактора, определяемого отношением полезно используемой мощности к затраченной. Для тягового агрегата полез­но используемой мощностью будет тяговая мощность N_Т , а затрачен­ной - N_е , то есть:

а) при достаточном сцеплении

; (1.21)

б) при недостаточном сцеплении

. (1.22)

1.10 Расчёт удельного расхода топлива

Удельный расход топлива g_т [г/(кВт·ч)] находят по уравнению

. (1.23)

где G_Т - массовый часовой расход топлива, кг/ч.

Значение G_Т принимают по скоростной характеристике двига­теля соответствующим значению мощности N_е (приложение Г).

Результаты расчётов заносят в таблицу 1.2.

Выводы

Сопоставляя результаты расчётов, выявляют причины измене­ния тяговой мощности при работе в одних почвенных (дорожных) условиях, но на разных передачах и при работе в различных почвен­ных условиях на одной передаче.

При условии недостаточного сцепления ходового аппарата трак­тора с почвой наметить мероприятия по улучшению его тяговых свойств.

Таблица 1.2 - Результаты расчёта составляющих баланса мощности и расхода топлива трактора

Состояние поля (дороги)	Пере­дачи трак­тора	υр , м/с	Nнсц , кВт	NТ , кВт	Nf , кВт	Nα , кВт	Nδ , кВт	Nм , кВт	Nе , кВт	ηтр	gт , г/(кВт·ч)
Поле, подго­товленное под посев
Стерня