Тяговый расчёт трактора. Учебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.А. Кравченко, А.Ю. Попов, Е.А. Чайка

ТЯГОВЫЙ РАСЧЁТ ТРАКТОРА

Учебно-методическое пособие

Ростов-на-Дону ДГТУ

2020

1

УДК 629.11(075):631.3: 631.37 К 78

Рецензент

доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса»

А.Ю. Несмиян

(Азово-Черноморский инженерный институт Донского государственного аграрного университета в г. Зернограде)

Кравченко, Владимир Алексеевич.

К 78 Тяговый расчёт трактора : учебно-методическое пособие / В.А. Кравченко, А.Ю. Попов, Е.А. Чайка ; Донской государственный технический университет. – Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2020. – 51 с.

ISBN 978-5-7890-1816-3

Приведены методические указания и справочные материалы, необходимые для выполнения расчётно-графической работы по дисциплине «Тракторы, двигатели и агрегатирование СХМ» в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» (специализация – Технические средства агропромышленного комплекса).

Учебное-методическое пособие направлено на формирование у студентов способности разрабатывать агротехнические требования, технические условия, стандарты и техническое описание технических средств в АПК (ПСК-3.9), способности обосновывать внешние характеристики технических средств АПК, определяющие типоразмер агрегата, его устойчивость, возможность агрегатирования с энергетическим средством (ПСК-3.11).

УДК 629.11(075):631.3: 631.37

Печатается по решению редакционно-издательского совета Донского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Развитие сельскохозяйственного и промышленного производства и повышение их эффективности тесно связаны с постоянным совершенствованием мобильных энергетических средств и их агрегатов. Трактор в агропромышленном комплексе является основным энергосредством, на долю которого приходятся энергоёмкие полевые работы, механизированные работы в животноводстве, а также немалая доля транспортных операций.

В соответствии с рабочим учебным планом студентами специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» (специализация – Технические средства агропромышленного комплекса) изучается дисциплина «Тракторы, двигатели и агрегатирование сельскохозяйственных машин».

Цель дисциплины «Тракторы, двигатели и агрегатирование сельскохозяйственных машин» – формирование у студентов устойчивого комплекса знаний о конструкции наземных транспортнотехнологических средств АПК (тракторы, сельхозмашины и оборудование), позволяющих на основе общих требований и принципов построения анализировать особенности отдельных конструкций и на их основе осуществлять выбор эффективного агрегатирования сельхозмашин, выбор рациональных параметров агрегатов, рациональный подбор двигателя и трансмиссии самоходных машин.

Инженер по специальности 23.05.01 «Наземные транспортнотехнологические средства» (специализация – Технические средства агропромышленного комплекса) должен:

знать

–области применения тракторов и сельскохозяйственных машин- но-тракторных агрегатов, определяемые их назначением, и возможные их разновидности;

–определяемые назначением и условиями эксплуатации требования к конструкции тракторов и сельхозмашин, отдельных их узлов и агрегатов;

–компоновочные схемы тракторов и сельхозмашин, их особенности с точки зрения производства и эксплуатации;

–общую идеологию конструкций отдельных узлов и агрегатов

тракторов и сельхозмашин и наиболее типичные примеры конкретной их реализации;

3

–основные направления и тенденции развития конструкции тракторов, сельхозмашин и машинно-тракторных агрегатов;

–основы теории и расчёта параметров тракторов, сельскохозяйственных машин и машинно-тракторных агрегатов;

уметь

–идентифицировать реальную конструкцию трактора и её составные части;

–оценивать основные параметры тракторов, сельскохозяйственных машин и особенности конструкции их узлов и агрегатов;

–анализировать влияние особенностей конструкции на эксплуатационные свойства машины или механизма;

владеть

–принципами проектирования машин и их составляющих элементов, эффективно взаимодействующих с агрофоном, эффективных в составе машинно-тракторных агрегатов;

–способностью обосновывать внешние характеристики технических средств АПК, определяющие типоразмер агрегата, его устойчивость, возможность агрегатирования с энергетическим средством;

–методами экономической оценки функционирования тракторов, сельскохозяйственных машин и машинно-тракторных агрегатов.

Целью самостоятельной расчётно-графической работы является систематизация, закрепление и углубление знаний по основным вопросам дисциплины «Тракторы, двигатели и агрегатирование сельскохозяйственных машин».

Расчётно-графическая работа включает расчёт основных параметров трактора, а также расчёт и построение теоретической тяговой характеристики трактора на заданном агротехническом фоне как основу для правильного комплектования машинно-тракторных агрегатов.

Объём пояснительной записки – 25…35 листов форматом А4 текста

ирисунков графической части, подшитых к пояснительной записке. Рисунки выполняются карандашом на листах миллиметровой бумаги форматом А2 или распечатываются принтером на белой бумаге форматом А2 или А4.

4

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТРАКТОРА

1.1. Уравнение движения и тяговый баланс трактора

Рассмотрим общий случай движения наземного транспортнотехнологического средства (НТТС) на подъём по поверхности, расположенной под углом к горизонтальной плоскости, со скоростью V

(рис. 1.1).

Со стороны почвы (дороги), воздушной среды, двигателя и гравитационного поля Земли на наземное транспортно-технологическое средство действуют следующие моменты, силы и реакции:

–сила тяжести G (вес) наземного транспортно-технологического средства, приложенная в центре тяжести и направленная вертикально вниз;

–сила сопротивления воздуха PW , приложенная в так называемом

центре парусности, который практически расположен на одной высоте h с центром тяжести;

–ведущий крутящий момент Мвед, подводимый от двигателя, установленного на наземном транспортно-технологическом средстве, к оси ведущих колёс;

–равнодействующая Rz 2 нормальных реакций почвы (дороги) на

задние колёса (она приложена на расстоянии ак по ходу движения от геометрической оси ведущих колёс, перпендикулярной направлению движения, и поэтому создаёт момент сопротивления качению ведущих колёс);

– равнодействующая Rz1 нормальных реакций почвы (дороги) на передние колёса (она приложена на расстоянии ан по ходу движения от геометрической оси ведомых колёс, перпендикулярной направлению движения, и поэтому создаёт момент М н Yн ан сопротивления качению

ведомых колёс);

– сила сопротивления перекатыванию Рf наземного транспортнотехнологического средства, параллельная направлению движения и равная сумме Рfк Рfн сил сопротивления качению ведущих и ведомых

колёс, приложенных условно в одной из точек контакта колеса с почвой (дорогой) на расстоянии rк от оси колеса;

5

– касательная сила тяги Рк ведущих колёс наземного транспортнотехнологического средства – равнодействующая реакций почвы (дороги), приложенная к ведущим колёсам по всем их поверхностям соприкосновения с почвой (дорогой), параллельным заданному вектору скорости движения наземного транспортно-технологического средства и направленным в сторону этого движения.

Рис. 1.1. Схема сил, действующих на трактор в продольной плоскости

Сила Pw зависит от площади и формы лобовой поверхности наземного транспортно-технологического средства, шероховатости и площади трущихся о воздух поверхностей наземного транспортнотехнологического средства, от обтекаемости обводов (формы) наземного транспортно-технологического средства (потери на завихрения воздуха) и определяется по формуле

где kw – коэффициент обтекаемости;в – плотность воздуха;

F – площадь лобовой поверхности, т. е. площадь проекции контура наземного транспортно-технологического средства на плоскость, перпендикулярную направлению движения, м2;

V – скорость движения, м/с.

6

Равнодействующие Y нормальных реакций на колёса наземного транспортно-технологического средства, стоящего на горизонтальной дороге, определяются исходя из расположения центра тяжести:

где Rz1 , Rz 2 – нормальные реакции опорного основания соответственно на передние и задние колёса;

a и b – расстояние от центра тяжести соответственно до передней и задней осей наземного транспортно-технологического средства;

L – база наземного транспортно-технологического средства.

В общем случае движения транспортно-технологического средства нормальные реакции дороги, действующие на колёса, можно определить на основании уравнения моментов относительно точек касания колёс с опорным основанием (смещением реакций на колёса можно

При равномерном движении на горизонтальной дороге нормальные реакции дороги, действующие на колёса, можно определить по следующим формулам:

Следовательно, нормальные реакции опорного основания, действующие на колёса, отличаются от нагрузок в статическом состоянии: нормальные реакции на передних колёсах уменьшаются, а на задних – увеличиваются. Изменение реакций дороги на колёса наиболее существенно при возрастании сил сопротивления движению и интенсивности разгона. Коэффициенты, характеризующие перераспределение нагрузки на колёса при движении, могут быть представлены в виде

где G1 , G2 – вес, приходящийся соответственно на передние и задние колёса в статическом положении.

7

Коэффициенты изменения реакций имеют следующие значения: mp1 =0,65…0,70 и mp1 =1,20…1,35.

Сила Рf направлена против движения и определяется по выражению

где f – коэффициент сопротивления перекатыванию транспортно-

где М д – момент, развиваемый двигателем; iтр – передаточное число трансмиссии;тр – КПД трансмиссии.

rк – кинематический радиус колеса;

Предельное значение касательной силы тяги по сцеплению с поч-

T – кинетическая энергия машины, движущейся со скоростью V;

q – обобщённая координата, однозначно определяющая положение мобильного энергетического средства в любой момент времени его её движения; очевидно, что q = x , т. е. это перемещение машины по оси Х ;

– обобщённая сила, равная отношению суммы работ A всех заданных сил и моментов к возможному перемещению,

Qобобщ A / x .

8

Кинетическая энергия наземного транспортно-технологического средства

где m – масса поступательно движущихся частей наземного транспорт- но-технологического средства;

J пр – приведённый к оси ведущих колёс момент инерции всех вра-

щающихся масс двигателя и трансмиссии;к – угловая скорость вращения ведущих колёс.

Значение J пр определяют из равенства кинетической энергии вра-

щающихся масс наземного транспортно-технологического средства и кинетической энергии Tприв массы с приведённым к оси ведущих колёс

моментом инерции:

Тприв Т d Т х Т к

или

где Jд , J x и Jк – моменты инерции вращающихся масс соответственно двигателя, трансмиссии и колёс;

д и х – угловые скорости вращения соответственно коленчатого вала двигателя и различных шестерён трансмиссии, находящихся в зацеплении;

тр и х – коэффициенты, учитывающие рассеяние (потерю) кине-

тической энергии вращающихся масс двигателя и шестерён при передаче ее к ведущим колёсам.

Поделив обе части выражения на к2 / 2 , получим

J прив J д iтр2 тр J x ix2 J к , (1.13)

где iтр и iх – передаточные числа соответственно трансмиссии и от рассматриваемых шестерён до оси ведущих колёс.

При оценке значения J прив принято допущение, что все вращающи-

еся массы наземного транспортно-технологического средства вращаются (колеблются) на валах синхронно, т. е. с одинаково направленными угловыми ускорениями. Это допущение приемлемо, если считать все

9

валы, соединяющие вращающиеся массы трансмиссии и двигателя, аб-

Значение обобщённой силы Qобобщ вычислим из суммы возможных

работ А заданных сил и моментов для наиболее общего перемещения, совместимого со связями. Обобщённой координатой, однозначно определяющей положение наземного транспортно-технологического средства, является перемещение машины х вдоль оси Х. При этом перемещении силы Ркрcos кр,, Pw и Gsin совершат работу A1 , так как точки приложения их также переместятся на x .

Поскольку направление этих сил противоположно направлению

Силы Pк и Pf не совершат работы, так как они приложены вблизи

мгновенных центров вращения колёс, а эти центры не перемещаются (их скорость равна нулю).

Моменты Mвед , М f 1 и М f 2 (с определенными знаками) при повороте колеса на угол / rк совершат работу

Реализация ведущего момента Мвед в контакте движителей с почвой (дорогой) гарантируется крутящим моментом Мд, который подводится

10