Тяговый расчёт трактора. Учебно-методическое пособие

Штриховая линия III передачи на рис. 1.4 показывает изменение зависимости Nкр = f(Ркр) при применении двигателей с участком постоянной мощности. Более пологого изменения кривой тяговой мощности можно достичь увеличением запаса крутящего момента двигателя, т.е. более резким изменением корректорного участка регуляторной характеристики (штриховая линия на рис. 1.3, а). Поэтому тракторы с двигателями постоянной мощности обладают более высокими эксплуатационными показателями в сравнении с тракторами, в двигателях которых предусмотрена обычная регулировка по запасу крутящего момента.

На рис. 1.5 приведена стандартная тяговая характеристика серийного трактора. Тяговую характеристику можно получить экспериментальным или теоретическим способом, который будет изложен далее.

Для анализа тяговых свойств трактора и расчётов по агрегатированию предпочтительнее экспериментальная тяговая характеристика как более достоверная. Её строят по результатам тяговых испытаний, методика проведения которых регламентируется ГОСТ 7057-2001.

Проводят тяговые испытания на утверждённых фонах:

–для колёсных тракторов – трек с бетонным покрытием, стерня колосовых, поле, подготовленное под посев;

–для гусеничных тракторов – глинистая укатанная дорога (трек), стерня колосовых, поле, подготовленное под посев.

23

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

2.1. Определение основных параметров проектируемого трактора

Исходными данными для тягового расчёта трактора являются тип, назначение, тяговый класс и агротехнические требования, которые выбираются в соответствии с шифром зачётной книжки по табл. П1 и П2 приложения. Данные заносят в табл. 2.1

Таблица 2.1 Задание на выполнение расчётно-графической работы

Шифр задания

Тип машины

Номинальное тяговое усилие трактора, кН

Тип двигателя

Номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин

Тип агрофона

Механический состав почвы

Влажность почвы, %

На основании этих данных в процессе тягового расчёта определяют тяговый диапазон, эксплуатационный и конструктивный вес трактора, мощность двигателя, число передач и структуру скоростного ряда. По результатам тягового расчёта строят теоретическую тяговую характеристику.

2.1.1. Тяговый диапазон трактора

Тяговый диапазон трактора определяет возможность агрегатирования его с сельскохозяйственными машинами различных рабочих сопротивлений. По нему можно оценить и подобрать определенный шлейф

24

Тяговый диапазон определяется минимальным и максимальным усилием на крюке. Максимальное и минимальное значение силы тяги находятся во взаимосвязи с номинальным крюковым усилием.

Тяговые усилия, развиваемые трактором на низшей и высшей пе-

где n – коэффициент перегрузки по тяге;

для колёсных тракторов – n 1.10...1,15 ; для гусеничных – n 1,15...1,25.

2.1.2. Эксплуатационная масса трактора

Масса m – основной параметр трактора, так как при конкретном типе ходовой системы от неё зависит такой классификационный параметр, как номинальное тяговое усилие Ркрн .

Различают конструкционную и эксплуатационную массу трактора. Конструкционной (иногда «сухой») считают массу незаправленного трактора без учёта массы инструмента и тракториста. В эксплуатационной массе учитываются эти параметры, а также, при необходимости, и масса балласта.

В процессе тягового расчёта определяют эксплуатационную массу трактора без балласта.

Эксплуатационная масса трактора определяется из условия реализации по сцеплению максимальной силы тяги на стерне колосовых с допустимым буксованием движителей:

где – коэффициент нагрузки ведущих колёс в тяговом режиме;

1 – для гусеничных и колёсных тракторов формулы 4К4;

0,65...0,80 – для колёсных тракторов формулы 4К2;

сц – коэффициент сцепления с почвой; для колёсных тракторов:

25

для гусеничных тракторов:

на стерне сц = 0,8…1,0, на поле под посев сц = 0,6…0,7; f – коэффициент сопротивления качению;

для колесного трактора:

на стерне f = 0,08...0,10, на поле под посев f = 0,12...0,16; для гусеничного трактора:

на стерне f = 0,06...0,08, на поле под посев f = 0,09...0,11; g – ускорение свободного падения тела;

kc – отношение массы трактора mтр к конструкционной mк : kc = 1,06…1,16.

Так как сила Ркрн по стандарту соответствует зоне тяговых нагрузок, определяющей класс трактора на стерне зерновых колосовых, то и значения коэффициентов сцепления сц и сопротивления качению f в

формуле (2.4) должны соответствовать условиям работы трактора на стерне колосовых культур, а тяговое усилие принимают равным номинальному.

2.1.3. Расчёт потребной мощности двигателя

Номинальная эксплуатационная мощность двигателя Nен – это эф-

фективная мощность при полной подаче топлива и работе на номинальном скоростном режиме двигателя, укомплектованного в соответствии с технической документацией (воздухоочиститель, глушитель и т.д.) на изготовление трактора и испытанного с отключёнными или работающими без нагрузки генератором, гидронасосом и компрессором.

где Ркр – номинальная крюковая нагрузка (сила тяги) для трактора заданного класса, Н;

Р f – сила сопротивления перекатыванию трактора;

Рf f m g ;

Vн – номинальная скорость движения трактора, принимаемая в за-

висимости от назначения трактора и выполнения технологической операции;

Vн = 2,50…3,30 м/с – для всех типов тракторов;

26

Vн = 1,00…1,67 м/с – для тракторов, используемых на обра-

ботке теплиц, плантаций и селекционных участках;

тр – коэффициент полезного действия силовой передачи, включая потери на ведущем участке гусеничного обвода;

тр = 0,88…0,92 – для колёсного трактора;

тр = 0,84…0,88 – для гусеничного трактора;

– коэффициент полезного действия, учитывающий потери от

буксования;

1 ;

– коэффициент буксования движителей;

– коэффициент эксплуатационной загрузки тракторного двигателя;

0,85...0,90 .

Так как сила Ркрн по стандарту соответствует зоне тяговых нагру-

зок, определяющей класс трактора на стерне зерновых колосовых, то и величины коэффициентов и f следует принимать при расчёте двига-

теля для этого почвенного фона. Буксование движителей при этом ограничивают:

4...6% – для гусеничных тракторов;

10...15% – для колёсных тракторов общего назначения;

15...20% – для универсальных колёсных тракторов. Рассчитанная таким образом мощность двигателя является мини-

мальной для данного трактора. Её можно несколько увеличить, если предполагается использование трактора на более высоких скоростях движения, по сравнению с расчётными, и широким применением с орудиями отбора мощности через ВОМ.

Могут быть и другие эксплуатационные факторы, вызывающие необходимость резервирования мощности. Они должны быть указаны в исходных документах на создание трактора.

2.2. Построение регуляторной характеристики дизеля

Зависимость эффективной мощности, крутящего момента, часового и удельного эффективного расходов топлива двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива, выраженная графически, называется регуляторной характеристикой дизеля.

27

Регуляторную ветвь регуляторной характеристики принято апроксимировать прямой линией с учётом того, что частота вращения коленчатого вала дизеля на максимальных оборотах холостого хода связана с его номинальной частотой вращения через степень неравномерности регулятора н , которая определяется по зависимости

хх н ,

нср

где ωхх – максимальная частота вращения коленчатого вала дизеля на холостом ходу;

ср хх н .

2

Для автотракторных дизелей при максимальной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу степень неравномерности регулятора не должна превышать 0,06…0,08, т.е.

хх 1,06...1,08 н .

При этой частоте Nex = 0, Mex = 0, а Gтxx = (0,25…0,30)·Gтн.

Расчёт эффективной мощности двигателя ведется по эмпирической зависимости

где gен – удельный эффективный расход топлива на номинальном режиме; d0 , d1 , d2 – коэффициенты регрессии: для дизелей d0 1,55; d1 1,55;

d2 1.

28

Расчёты выполнить для 5…10 точек в диапазоне

nx = nmin … nmax , nmin = 500…1000 об/мин; nmax = nн .

Результаты расчётов занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Внешняя скоростная характеристика двигателя

По данным табл. 2.2 на листе форматом А4 строится внешняя скоростная характеристика двигателя (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

29

2.3.Тяговый расчёт трактора

2.3.1.Выбор параметров движителей

Размеры и другие параметры движителей подбираются по справочным данным в зависимости от нагрузки на ведущее колесо трактора и проверяются по допустимому давлению в контакте движителей с опорным основанием (приложение, табл. П3 – П8).

Контактное давление является одним из составляющих факторов уплотняющего воздействия на почву. Его можно определять по ГОСТ 26953-86 «Методы определения воздействия движителей на почву»:

R

qM K2 F q , (2.11)

КП

где К 2 – коэффициент продольной неравномерности распределения давлений по площади контакта;

К2 = 1,3…1,5 – для пневматических шин;

К2 = 1,2…1,4 – для гусеничного движителя;

К2 = 1,1…1,3 – для пневмогусеничного движителя.

Rq – нагрузка на единичный движитель (определяется по mтр и ), кН:

Rq mтр g 10 3 ; nK

FКП – площадь контакта шины, приведённая к условиям работы на почвенном основании, м2;

nК – число колёс на ведущем мосту.

Площадь контакта движителя FКП вычисляют по ГОСТ 26953-86 «Методы определения воздействия движителей на почву»:

– для гусеничного и пневмогусеничного движителя

30