Тяговый расчёт трактора. Учебно-методическое пособие

lr L t ;

L – опорная база;

t – шаг звена (приложение, табл. П4);

– для пневматического движителя:

где K1 – коэффициент, принимаемый в зависимости от наружного диаметра шины (приложение, табл. П5);

FK – контурная площадь контакта движителя, определяемая по за-

где f0 – коэффициент деформации шины;

f0 = 0,80…0,85;

Bш – ширина профиля шины (приложение, табл. П3); Dш – наружный диаметр шины (приложение, табл. П3).

Максимальная величина контактного давления qM не должна превышать допустимую по ГОСТ 26955-86 «Техника сельхозмашиностроения. Нормы воздействия движителей на почву», т.е.

Величину qM следует принимать исходя из механического состава

почвы и наименьшей влагоёмкости (Н.В.) (приложение, табл. П6, П7). Если неравенство (2.15) не выполняется, то необходимо принять

другие параметры движителей ( Dш , Bш , Br ,lr и др.).

2.3.2. Определение передаточных чисел трансмиссии трактора

В рабочем диапазоне тяговых нагрузок и скоростей движения тракторов наиболее предпочтительным соотношением передаточных чисел трансмиссии считается закон геометрической прогрессии:

где i1 , i1 , i1 …i1 – передаточные числа трансмиссии, порядковый номер которой обозначен индексом;

q – знаменатель прогрессии.

31

Знаменатель прогрессии q передаточных чисел можно определить по принимаемой эксплуатационной нагрузке двигателя:

В соответствии с принятым значением номинальной скорости и характеристикой двигателя определяют передаточное число трансмиссии, соответствующей номинальному режиму работы трактора

где н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя;кн – частота вращения ведущего колеса (звёздочки) трактора при

номинальной передаче:

где rкс – радиус качения ведущего колеса (звёздочки) в свободном ре-

где d – посадочный диаметр обода колеса, на который монтируется шина, м.

H – высота шины; для большинства тракторных шин можно принять H Вш ;

f0 – коэффициент деформации шины, равный 0,14…0,16.

32

Причём количество пониженных передач

Z lg Pкр.max Pf lg Pкр.н Pf . (2.22) lg q

Передаточное число трансмиссии на номинальной передаче основного (тягового) ряда определяют по формуле

где Ркрном – номинальное тяговое усилие проектируемого трактора, Н;

f – коэффициент сопротивления качению трактора на стерневом фоне;

mтр – эксплуатационная масса трактора, кг; rд – динамический радиус колеса, м;

M двном – крутящий момент на коленчатом валу двигателя на номинальном режиме, Н·м;

тр – коэффициент полезного действия трансмиссии.

Сдостаточной для практики точностью принимают для колёсных тракторов rд rст , для гусеничных тракторов rд rзв .

Принимаем, что передаточные числа основного диапазона скоростей распределяются по геометрическому ряду чисел – последовательности чисел, каждое из которых равно предыдущему, деленному на некоторое постоянное число – знаменатель (q). Присваивая номер номинальной передачи Z 1, получим значения передаточных чисел в основном диапазоне скоростей:

для пониженных передач iZ q iZ 1 ; iZ 1 q iZ и т.д.; для повышенных передач iZ 2 iZ 1 / q ; iZ 3 iZ 2 / q и т.д.

Расчётные передаточные числа трансмиссии в основном диапазоне скоростей заносятся в табл. 2.3. Примеры параметров трансмиссии и ходовой части гусеничных тракторов приведены в приложении, табл. П8.

С целью расширения функциональных возможностей трансмиссия современного трактора должна обеспечивать следующие диапазоны скоростей:

– замедленные (технологические) скорости, используемые, например, на поливе, высадке рассады и др.;

33

–основной ряд передач, предназначенных для выполнения большинства полевых с.-х. операций (культивация, вспашка, дискование, боронование и т.д.);

–транспортный (повышенный) ряд скоростей, используемый на транспортных работах.

Передаточные числа трансмиссии для выполнения технологических и транспортных операций определяются из условия обеспечения заданных скоростей движения:

где Vтехн замедленная (технологическая) скорость движения трактора на номинальном режиме работы двигателя, принимают

Vтехн 0,10…0,80 м/с;

Vтранс – транспортная скорость движения трактора, принимают: Vтранс 10…12 м/с для колесных тракторов;

Vтранс = 5,0…7,0 м/с для гусеничных тракторов.

Рассчитываем по одной передаче для транспортных и технологических операций.

Может оказаться, что технологическая или транспортная скорость (или та и другая) обеспечивается за счёт ряда передаточных чисел основного рабочего диапазона, тогда дополнительный расчёт и

не требуется (значения заносятся в табл. 2.3).

Таблица 2.3 Передаточные числа основного диапазона трансмиссии

Проверяем возможность реализации максимальной силы тяги на низшей передаче и минимальной силы тяги на высшей передаче основного диапазона:

34

2.4. Расчёт и построение теоретической тяговой характеристики трактора

Тяговая характеристика представляет собой графическую зависимость тяговой мощности Nт, действительной скорости движения Vд, удельного тягового gт и часового расходов топлива Gт, угловой скорости коленчатого вала двигателя ωд от тяговой нагрузки Ркр на крюке трактора.

Тяговая характеристика является основным эксплуатационным паспортом трактора. Она позволяет решать практические вопросы тяговой нагрузки трактора и агрегатирования его с рабочей машиной, выбора оптимальных режимов работы (скорость движения, передача и т.д.).

Тяговая характеристика является заключительной стадией тягового расчёта трактора, после которой наступает период тяговых испытаний заводских, ведомственных, государственных, международных.

Анализ тяговой характеристики позволяет оценить уровень совершенства конструкции трактора с точки зрения технико-экономической эффективности и определить пути практического улучшения его эксплуатационных качеств.

Построение тяговой характеристики рекомендуется выполнять на листе миллиметровой бумаги форматом А2 по образцу, показанному на рис. 2.2.

Расчёт тяговой характеристики производят для того почвенного фона, который указан в задании для передач основного тягового диапазона.

Построение и анализ тяговой характеристики трактора производится в несколько этапов:

–построение регуляторной характеристики двигателя;

–построение лучевой диаграммы касательной силы тяги на всех передачах;

–построение кривой буксования движителей трактора;

–построение графиков скоростей движения на заданных передачах трактора;

–построение характеристик тяговой мощности и часового и удельного расходов топлива;

–анализ тяговой характеристики трактора.

35

Рис. 2.2. Теоретическая тяговая характеристика трактора

36

2.4.1. Построение регуляторной характеристики двигателя

Регуляторная характеристика двигателя представляет собой зависимости эффективной мощности двигателя Nе, угловой скорости коленчатого вала ωе и часового расхода топлива Gт от развиваемого крутящего момента на коленчатом валу Мкр. Она строится по данным табл. 2.2 в левом нижнем квадранте рис. 2.2.

Проводятся горизонтальные линии, соответствующие предельному перегрузочному режиму работы двигателя по крутящему моменту и номинальному режиму, т.е. режиму максимальной мощности двигателя.

2.4.2. Построение лучевой диаграммы касательных сил тяги трактора

Значения касательных сил тяги Ркmax, развиваемых трактором на

где М к max – значение предельного крутящего момента двигателя;

in – передаточное число трансмиссии на п-й передаче основного (тягового) диапазона.

Значения максимальных касательных сил тяги трактора заносятся в табл. 2.4.

Сила сопротивления качению трактора Pf принимается постоянной во всем диапазоне силы Ркр и рассчитывается по выражению

Pf f mтр g 10 3 ,

где f – коэффициент сопротивления качению на заданном агрофоне. Масштаб сил Pf, Рк и Ркр должен быть одинаковым. Он выбирается

по максимальному значению силы Рк (табл. 2.4).

Полюс лучевой диаграммы (точка О1) определяется длиной отрезка ОО1, величина которого в принятом масштабе сил равна силе сопротивления качению Pf.

37

Для построения лучевой диаграммы вправо от точки О1 в принятом масштабе сил по линии перегрузочного режима Мкmax откладываются отрезки Ркmax каждой передачи, концы которых соединяются в точке О1.

Вправо от точки О в этом же масштабе формируется шкала Ркр. Так как масштабы всех сил одинаковы, то для любой точки на шкале сил будет выполняться равенство

Следует обратить внимание на точки пересечения лучей с вертикальной осью координат. Эти точки определяют крутящий момент двигателя и, следовательно, расход топлива, мощность и частоту вращения коленчатого вала двигателя на заданном почвенном фоне без тяговой нагрузки (Ркр= 0), т. е. на холостом ходу трактора на различных передачах.

2.4.3. Построение кривых буксования и тягового КПД

Коэффициент буксования движителей трактора определяем рас-

где А, В и С – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа трактора,

А = 0,12; В = 0,25 и С = 4 – для колёсных;

А = 0,02; В = 2 и С = 8 – для гусеничных тракторов; р – относительная сила тяги:

где коэффициент использования массы на сцепление.

Значения тягового КПД в каждой точке рассчитывается по формуле

38

По данным табл. 2.5 в правом верхнем квадранте рис. 2.2 строятся кривые буксования f Ркр и тягового КПД т f Ркр .

2.4.4. Расчёт и построение кривых тяговой мощности

Тяговые показатели на всех передачах рассчитываются для следующих режимов движения:

–основных – перегрузочного и номинального;

–промежуточных – промежуточного I, соответствующего нагрузке, равной 2/3 номинального момента, и промежуточного II, соответствующего среднему значению момента двигателя между перегрузочным и номинальным режимами.

В соответствии с этим на регуляторной характеристике двигателя проводятся горизонтальные линии до пересечения с лучами касательных сил тяги.

Для каждого выбранного режима определяется мощность двигателя и данные заносятся в табл. 2.6.

Полученные точки мощности двигателя для каждого выбранного режима проецируются через лучи касательной силы тяги Рк на каждой передаче на кривую тягового КПД ηт, и определяется тяговая мощность трактора по формуле

39

2.4.5. Расчёт и построение кривых угловой скорости коленчатого вала двигателя и действительной скорости движения трактора

Для построения кривых действительных скоростей движения необходимо построить зависимость ωд=f(Pкр) на каждой передаче. Для этого определяются значения угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя на ранее выбранных режимах (холостой ход, номинальный, перегрузочный и промежуточные) на каждой передаче.

Угловая скорость коленчатого вала двигателя на холостом ходу ωхх на каждой передаче определяется проецированием точек пересечения лучей касательных сил тяги со шкалой момента на кривую угловой скорости ωд на регуляторной характеристике. Значения угловых скоростей коленчатого вала двигателя откладывают на линиях соответствующих режимов на каждой передаче и строят зависимости ωд=f(Pкр).

Для выбранных точек на каждой передаче рассчитываются значения действительных скоростей движения по формуле

где δх – коэффициент буксования на заданном режиме; iтр i – передаточное число на i-й передаче.

При расчёте действительных скоростей движения трактора на холостом ходу буксование движителей принимаем равным нулю.

Значения заносим в табл. 2.7, по данным которой строим зависимости Vд=f(Ркр).

Таблица 2.7

Значения действительных скоростей движения

40