ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ.

1. ТЯГОВЫЙ БАЛАНС ТРАКТОРА

Итак, в предыдущих параграфах было рассмотрено, какие силы возникают при взаимодействии движителя с почвой, главными из них являются: толкающая сила тяги, ее чаще называют касательной силой тяги на колесе и обозначают Р_ксила сопротивления качению (самопе­редвижению) Р_f, сила тяги на крюке Р_кр. Кроме того, на трактор может действовать сила сопротивления подъему Р_а (при движении на подъем), сила сопротивления воздуха Р_п, и сила инерции P_j, (при движении трак­тора в неустановившемся режиме при разгоне и торможении). Между этими силами всегда должен существовать баланс, который записывает­ся в виде следующего уравнения тягового баланса:

Из всех сил, находящихся в правой части уравнения полезной явля­ется сила тяги на крюке Р_kp, остальные силы следует уменьшать различ­ными способами. Обычно тяговую динамику трактора рассматривают для случая движения по горизонтальной дороге в установившемся ре­жиме, а силой сопротивления воздуха пренебрегают. Тогда уравнение тягового баланса принимает простой вид:

Выше было сказано, как следует уменьшить силу P_f с целью увели­чения силы Р_кр и повышения производительности трактора. Как известно, мощность — это есть произведение силы на скорость движения. Поэтому, аналогично тому, как существует баланс сил оче­видно должен существовать и баланс мощностей, описываемый уравне­нием мощностного баланса.

Уравнение мощностного баланса показывает, на какие составляю­щие расходуется эффективная мощность двигателя Л^, и в общем виде записывается:

где N_mp - потери мощности в трансмиссии, кВт;

N_f - потери мощности на качение (самопередвижение) трактора;

 — потери мощности на буксование;

N_a - потери мощности на преодоление подъема;

Nj - потери мощности на преодоление сил инерции;

N_ВОМ - мощность, отводимая через вал отбора мощности трактора;

N_w - потери мощности на преодоление сопротивления воздуха;

N_kp - полезная мощность на крюке.

Обычно для оценки тяговых и мощностных качеств трактора мощ-ностной баланс рассматривают для случая движения по горизонтальной дороге в установившемся режиме без отбора мощности через ВОМ. При этом потерей мощности на преодоление сопротивления воздуха пре­небрегают.

Тогда уравнение мощностного баланса примет вид:

Для наглядности и возможности проведения анализа мощностных качеств трактора по этому уравнению строят график мощностного ба­ланса (рис. 100).

Рис. 100. График мощностного баланса

Из графика видно, что с увеличением силы тяги на крюке потери мощности в трансмиссии N_тр остаются неизменными, потери мощности на качение N_fуменьшаются в связи с уменьшением скорости v_d, потери мощ­ности на буксование   возрастают в связи с увеличением коэффициента буксования   . Полезная мощность на крюке N_Kp представляющая собой   вначале растет, затем при каких-то значениях Р_kp достигает максимального значения, а затем уменьшается. Это объясняется тем, что при средних значениях Р_kp сумма всех потерь оказывается наи­меньшей, а при малых и больших значениях Р_kp она максимальна, а следо­вательно, N_kp - минимальна. При   , т.к. вся мощность на колесе N_K = N_emax - N_mp затрачивается на потерю N_f. При   , т.к. вся мощность на колесе N_Kзатрачивается на потери 

Пользуясь графиком, можно при любых значениях Р_кр определить составляющие мощностного баланса. Для этого из заданного на оси абсцисс значения Р_кр восстанавливается перпендикуляр до пересечения со всеми линиями графика (рис. 100). Соответствующие ординаты и будут являться графическим изображением составляющих мощностного баланса.

Пользуясь графиком можно, установить рабочую зону, в которой следует располагать рабочие передачи ступенчатой трансмиссии. Оче­видно их следует располагать в зоне максимального крюкового КПД   (на рис. 100 - это примерно в средней зоне, в зоне Р_кр от 15000 Н до 40000 Н).

Зависимость N_kp от Р_кр называют потенциальной и получить ее можно, если на трактор установить бесступенчатую автоматическую трансмиссию. Следовательно, график на рисунке 100 можно одновре­менно назвать тяговой характеристикой трактора с бесступенчатой ав­томатической трансмиссией. Надо сказать, что это наилучшая тяговая характеристика, которую можно обеспечить для данного трактора и для данного почвенного фона. Однако и эту характеристику можно и нужно улучшать, если снижать потери мощности N_mp, N_f и   . Потери мощно­сти в трансмиссии в эксплуатационных условиях можно снижать за счет лучшей очистки смазки, поддержания регламентируемого уровня смаз­ки в картере.

Методы снижения потерь мощности N_f- и   рассмотрены были в предыдущих параграфах. Необходимо применять любые методы, сни­жающие силу сопротивления качению P_f и коэффициент буксования 8. По мере уменьшения потерь мощности N_mp, Nf и Ng , потенциальная кри­вая будет проходить выше, выше будет мощность N_Kp и КПД   . Это обу­словливает увеличение производительности трактора.

2. Составляющие тягового баланса трактора.Машинно-тракторный агрегат представляет собой систему твердых тел, соединенных между собой упругими и жесткими устройствами. Движение и работа его возможны только в результате взаимодействия сил, действующих на агрегат. Источником энергии затрачиваемой на выполнение работ, является химическая энергия топлива, которая преобразуется двигателем внутреннего сгорания в тепловую, а затем в механическую виде вращающего момента М коленчатого вала. Вращающий момент передаете полностью или частично (при наличии привода машин от ВОМ) на движитель трактора создает движущую агрегат силу, которая сообщает трактору и машинам ускорение при трогании с места, а также преодолевает их сопротивление при установившемся движении.На трактор помимо движущей силы Р в плоскостях, параллельных плоскости движение, действуют следующие силы: тяговое сопротивление, возникающее в результат перемещения агрегата и выполнения рабочей машиной технологического процесса; сопротивление движению трактора возникающее в результате деформации почв ходовым аппаратом, механических потерь и т.д.; сопротивление воздушной среды Р сопротивление подъему (спуску) трактора и сила инерции направленные в сторон, противоположную направлению ускорения.В направлении, перпендикулярном плоскости движения, действуют внешние силы: составляющая от воздействия рабочей машины R_ВМ; составляющие реакции основания, действующие на ведущий и направляющий аппараты (для колесного трактора R_В, для гусеничного R_Н или R_С), и составляющая силы тяжести трактора Уравнение тягового баланса трактора имеет вид

F=R_a+P_f+P_B±P_a±PjЗнаки «+», «-» принимают соответственно при подъеме и спуске. Если иметь в виду, что скорости движения машинно-тракторных агрегатов сравнительно небольшие, и допустить, что движение их равномерное (кроме процесса разгона торможения), так называемое «установившееся», то сопротивление воздушной среды Р_b сила инерции Р будут невелики и в практических расчетах ими можно пренебречь. Тоulf уравнение тягового баланса трактора примет вид

F=R_a+IПри установившемся движении агрегата движущая сила равна суммарной силе сопротивления, т. е. F=P, а сила тяги на крюке:

Р_кр+R_а

Движущую силу Р находят сравнением значений касательной силы на ободе ведущего колеса (ведущей звездочке) Р_кас и силы сцепления ведущего механизма трактора основанием Р_сц. При Р_кас<Р_си сцепление достаточно и F = Р_кас, а при Р_кас > Р_сц недостаточно F=P_си. В первом случае Р_кас может быть полностью использована для тяговой работы, а во втором только ее часть, равная Р_сц.

Касательная сила тяги, Н, на ободе ведущего колеса (звездочке)

где N_ен— номинальная мощность двигателя, кВ;

i_тр— общее передаточное число трансмиссии;

n_м—механический КПД трансмиссии: для колесных тракторов 0,91-0,92, для гусеничных с учетом потерь в гусеницах 0,86...0,88;

г_к — радиус каченbz ведущего колеса (для гусеничных — радиус начальной окружности звездочки), м;

n_н— номинальная частота вращения коленчатого вала, мин^-1 .

Составляющие тягового сопротивления рабочей части агрегата.

Тяговое сопротивление рабочей части агрегата Ra (сокращенно сопротивление агрегата) представляет собой сумму сопротивлений рабочих органов машины R_p, подъему R_a, перекатыванию R_f, т. е.

R_a = R_p + R_a + R_f

На практике трудно отделить сопротивление рабочих органов от сопротивления перекатыванию, поэтому их определяют вместе, используя понятие удельного тягового сопротивления машины на ровной поверхности к. При этом удельное, сопротивление однотипных машин, различающихся главным образом шириной захвата (боронование, посев и т. д.),

,

машин, различающихся шириной захвата и глубиной обработки (вспашка, лущение Т.Д.),

где, R_m , R_пл — тяговое сопротивление рабочих машин, отличающихся соответственно шириной захвата или шириной и глубиной обработки почвы, Н; В— ширина захвата рабочей машины, и;

а — глубина обработки почвы, м.

Тогда сопротивление рабочей машины на ровной поверхности, соответственно R_M = kВ

или 

При работе в агрегате нескольких машин, агрегатируемых с помощью сцепок, учитывают также сопротивление подъему и перекатыванию сцепок R_с.

Тяговое сопротивление машины определяется из уравнения

(здесь G_M сила тяжести машины). При малом уклоне местности принимают

а = i.

Исходя из этого, общее(среднее) сопротивление рабочей части агрегата, Н,

R_a=kB+G_M i+G_cu (i+f)

Все приведенные формулы действительны для установившегося движения, когда ускорение равно нулю. При трогании с места сопротивление агрегата увеличивается за счет сил инерции Р_i=gM_мj (здесь М_м — приведенная масса рабочих машин; у — ускорение трогания).

2. Энергетический баланс трактора и авто его составляющие мощность двигателя измеряется в лошадиной силы, имеющий турбину она увеличивает в несколько раз силу двигателя. так как имеющие пониженные и повышенные скоростя за счет оборота коленчистого вала увеличивается мощность повышенных скоростей.

3. Показатели топливной экономичности двигателя и с-х траК технико-экономическим показателям тракторов относятся прежде всего производительность и экономичность. Производительность МТА характеризуется объемом работы (например, обработанной площади поля), выполненной за единицу времени при соблюдении агротехнических требований на качество этой работы. Экономичность тракторов характеризуется себестоимостью выполненных работ, которая во многом зависит от топливной экономичности тягово-энергетических средств. Так, при оценке производительности тракторов в агрегате с сельскохозяйственными машинами, выполняющими полевые работы, используют единицу измерения га/ч, а при оценке экономичности — кг/га.

Основные тягово-скоростные и топливно-экономические показатели трактора:

• тяговое усилие (или усилие на крюке) Р (кН)

• скорость движения V (км/ч или м/с)

• тяговая (или крюковая) мощность Nкp (кВт)

• часовой расходы топлива Gm (кг/ч)

• удельный gкp (г/(кВт-ч)) расходы топлива

Тяговую мощность трактора по аналогии с эффективной мощностью двигателя определяют в месте соединения трактора с сельскохозяйственной машиной, т. е. на крюке. Эта мощность затрачивается на передвижение сельскохозяйственных машин в процессе работы. Тяговая мощность, кВт:

Nкр = Pкр*V / 3,6

В этой формуле единицей измерения Ркр принят кН, V — км/ч.

Удельный расход топлива, г/(кВт-ч):

gкр = 10^3 * Gт / Nкр

Тягово-скоростные и тягово-экономические характеристики тракторов зависят от тяговой нагрузки трактора, включенной передачи в трансмиссии и почвенного фона. Зависимость действительной скорости движения V, буксования ведущих колес 6, тяговой мощности Nкp., часового Gт и удельного gкp расходов топлива от тягового усилия Ркр., полученная на разных передачах и почвенных фонах, называется тяговой характеристикой. Для получения тяговой характеристики проводят тяговые испытания трактора.

Пример тяговой характеристики на одной из передач (в общем виде без значений показателей) показан на рисунке.

Для трактора характерны три режима работы: холостой ход, максимальная тяговая мощность и максимальное тяговое усилие.