4.7. Методика построения тяговой характеристики

гусеничного трелевочного трактора

Для трелевочных тракторов тяговые характеристики строят в функции от силы тяги на крюке применительно к установившейся работе на горизонтальном участке. Они показывают, как меняются с изменением силы тяги на крюке следующие показатели: мощность на крюке, скорость поступательного движения трактора, буксование ведущих органов и расход топлива. Большинство перечисленных показателей имеет на разных передачах различные значения; для них приводятся кривые на нескольких передачах.

Тяговая характеристика, построенная по расчетным данным, называется теоретической. Ее можно представить в виде графика, состоящего из двух частей – верхней и нижней. Непосредственно тяговая характеристика строится в верхней половине графика. Нижняя половина имеет вспомогательное значение и служит для нанесения исходных параметров тракторного двигателя.

Рассмотрим построение тяговой характеристики для трелевочного трактора ТТ-4 весом 130 кН, движущегося на подъем в 8⁰ по летнему волоку со скоростью 0,55 м/с и пакетом V = 12 м³ (комлем на щит). γ = = 0,9 т/м ³ – удельная масса древесины;

т; кН;кН.

Необходимо определить максимальную мощность двигателя, построить его скоростную характеристику, выбрать передаточные числа трансмиссии и построить тяговую характеристику машины.

Проведя расчеты по уравнениям (2.1) – (2.7), получают, что максимальная мощность для трех режимов движения трелевочного трактора равна: N_e1 = 79,2 кВт; N_e2 = 90,4 кВт; N_e3 = 56,3 кВт.

За прототип данного двигателя выбирают тракторный дизельный двигатель А–01М, имеющий: N_e = 99 кВт; n_eном= 28,3 об/с;q_еmin = = 0,245 кг/(кВт ч).

По формулам (2.63) – (2.66) С. Р. Лейдермана определяют исходные данные для построения скоростной характеристики двигателя мощностью 90,4 кВт. Результаты расчета сведены в табл. 8.

Определение и выбор передаточных чисел трансмиссии для данной машины проводят по уравнениям (3.26) – (3.35).

Проведя расчет, получают значения передаточных чисел в коробке передач и трансмиссии на различных передачах:

= 3,4; = 2,1; = 1,3; = 0,8; = 0,5;

= 100; = 61,35; = 37,64; = 23,52; = 14,0.

Таблица 8. Параметры скоростной характеристики

	10	13	16	19	22	25	28,3	31	34
	36,5	48,8	60,7	71,4	80,3	86,8	90,4	89,7	85,2
	0,304	0,283	0,268	0,259	0,256	0,259	0,270	0,283	0,305
	580,4	598,0	603,4	596,6	580,7	552,2	507,4	460,5	398,7
	11,09	13,81	16,25	18,48	20,55	22,47	24,35	25,42	25,95

Построение тяговой характеристики производится следующим образом. Обозначают начало координат верхней половины характеристики буквой О и откладывают на оси абсцисс в выбранном масштабе силы тяги на крюке (рис. 9). Началом координат нижней части характеристики будет служить точка О’, расположенная влево от точки О на расстоянии, равном в том же масштабе силе сопротивления качению трактора [] с грузом, при заданных почвенных условиях. При построении теоретической тяговой характеристики допускается, что коэффициент сопротивления качениюf постоянен на всех режимах работы. Таким образом, отрезки нижней части графика представляют собой касательную силу тягив принятом масштабе. Допускаем также, что коэффициент полезного действия трансмиссии имеет на каждой передаче постоянное значение, независимо от степени загрузки трактора.

При постоянстве к.п.д. трансмиссии касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя:

, (4.28)

где ,

А – переводный коэффициент масштаба моментов ,,

в масштаб сил , Н. Для каждой передачи он имеет свое значение.

Чтобы построить масштабные шкалы крутящих моментов двигателя, поступают следующим образом: определяют с помощью уравнения (4.28) касательные силы тяги на разных передачах при номинальном крутящем моменте двигателя; отрезки, изображающие на оси абсцисс полученные значения , сносят вниз и принимают, что каждый из них представляет в своем масштабе номинальный крутящий момент двигателя; аналогично находят на масштабных шкалах точки, соответствующие максимальному крутящему моменту двигателя.

Рис. 9. Тяговая характеристика гусеничного трелевочного трактора

В нижней части графика строят кривые, показывающие, как меняются в зависимости от величины крутящего момента двигателя его частота вращения , эффективная мощностьи часовой расход топлива. Для каждой передачи кривые строят по своей масштабной шкале. Одноименные кривые образуют пучки с общими центрами. Центр пучка кривыхнаходится в начале координат О’; вершины лежат на горизонтали, ордината которой представляет в принятом масштабе номинальную эффективную мощность двигателякВт. Центр пучка кривыхрасположен на оси ординат в точке, соответствующеймаксимальной частоте вращения_хол = = 31 об/с вала двигателя на холостом ходу. Кривыеберут начало на оси ординат в точке, соответствующей часовому расходу топливана холостом ходу (кг/ч) двигателя (при номинальной частоте вращения вала двигателя на холостом ходу), ордината горизонтальной прямой, проходящей через их вершины, представляет в принятом масштабе максимальный часовой расход топлива (G_{T max} = 24,35 кг/ч). Все кривые должны быть закончены при максимальных значениях крутящего момента коленчатого вала двигателя M_{e max} (G_T = 16,25 кг/ч).

После этого приступают непосредственно к построению тяговой характеристики трелевочного трактора. На оси абсцисс теоретической тяговой характеристики (рис. 9) откладывают два аргумента: крутящие моменты, развиваемые двигателем, и соответствующие им значения касательных сил тяги. Принятые для них масштабы определяют из уравнения (4.28). Полученные значения переводного коэффициента А сведены в табл. 12. Например, дляI передачи имеем:

.

Аналогично получаем коэффициенты А на остальных передачах.

Таблица 9. Основные параметры тяговой характеристики

Параметр	I передача	II передача	III передача
	100	58.75	34.60
А	292.6	179.5	110.1
	148465	91078	55865
	176552	108309	66433

Ранее при построении скоростной характеристики были получены:

= 507.4 Н∙м, соответствующий = 28.3 об/с, и

= 182.5 Н∙м, соответствующий = 16.0 об/с. Умножив указанные моменты на переводные коэффициенты А, находим соответствующие им на каждой передаче значения касательных сил тяги (см. табл. 9). Так, например, для I передачи имеем:

= ·A1 = 507.4 · 292.6 = 148465 Н;

= ·A1 = 603.4 · 292.6 = 176552 Н.

Очевидно, , полученная наI передаче, будет наибольшей величиной во всем диапазоне изменения . Исходя из этого, выбираем масштаб по оси абсцисс и откладываем от точки О’ центра координат нижней части вправо значения касательных сил тяги, а под осью наносим масштабные шкалы крутящих моментовпо отдельности для каждой передачи. На каждой шкале отмечаем точки, соответствующие номинальномуи максимальномукрутящим моментам. Положение этих точек определяем следующим образом. Значенияиотмечаем на оси абсцисс попарно отдельно для каждой передачи, и полученные точки проектируем на соответствующие шкалы моментов заданных передач. Таким образом, на каждой шкале отсекаются, как указано стрелками (рис. 9), положения точеки. Затем из точки О' откладывают вправо от оси абсцисс отрезокO^’O, изображающий в принятом масштабе силу сопротивления качению с грузом, которая была определена ранее. Точка О' служит центром ординат нижней части тяговой характеристики; точка О – центром координат верхней части; вертикали, проведенные из них вниз и вверх, являются осями ординат. Вдоль осей ординат наносят масштабные шкалы тех параметров, которые должны быть представлены в каждой части характеристики: , ,– в нижней части, а ,V, ,–в верхней части. Нулевые значения всех указанных параметров берут от оси абсцисс, за исключением частоты вращения вала двигателя, отсчет которой для удобства изображения начинаем с = 10 об/c и скорости движения трактора, нулевую точку которой располагаем выше оси абсцисс.

В нижней части графика приведены кривые регуляторной характеристики двигателя, построенные в функции от его крутящего момента. Кривые строят для каждой передачи по своей масштабной шкале, поэтому каждый параметр изображен в виде пучковых кривых. Чтобы построить пучок кривых , поступают следующим образом: через точку= 90,4 кВт на оси ординат проводят прямую, параллельную оси абсцисс. Находят точки пересечения этой прямой с вертикалями, проходящими через точкина масштабных шкалах моментов. Так, для первой передачи это будет точка «а» (рис. 9).

Полученные точки пересечения соединяют с центром координат О' прямыми линиями, которые являются регуляторными ветвями характеристик двигателя. Через точку на оси ординат проводят горизонтальную прямую.

кВт,

где – частота вращения, соответствующая максимальному крутящему моменту.

Точки пересечения этой прямой с вертикалями, проведенными из точек на масштабных шкалах моментов, дадут нам границы рабочих участков безрегуляторных ветвей характеристик. Так, дляI передачи это будет точка «в» (рис. 9).

Затем приступают к построению пучка кривых . Эти кривые берут начало на оси ординат в точке, соответствующей часовому расходу топливапри минимальной частоте вращения вала двигателя на холостом ходу. Из технической характеристики двигателя А-01 М устанавливают, что минимальная частота вращения вала на холостом ходу _хол = 10 об/с. Из построенной скоростной характеристики определяют, что этой частоте вращения соответствует часовой расход топлива = 11,09 кг/ч. Вершины пучка кривыхлежат на горизонтальной прямой, проходящей через точку_max = 24,35 кг/ч, соответствующую часовому расходу топлива при максимальной мощности, и являются точками пересечения данной прямой с вертикалями, проведенными через точку . Так, вершиной кривойнаI передаче будет точка «с». Все кривые пучка заканчивают при максимальных значениях крутящего момента. Таким образом, дляI передачи кривая будет закончена в точке «α» пересечения двух прямых: горизонтальной, проходящей через точку= 16,25 кг/ч, и вертикальной, проходящей через точку. В нижней части графика осталось построить пучок кривых . Центр этого пучка находится на оси в точке, соответствующей максимальной частоте вращения _хол вала двигателя при холостом ходу. Величину максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу выбираем из технической характеристики двигателя (машины).

Вершины пучка кривых лежат на горизонтальной прямой, проходящей через точку _ном = 28,3 об/с, и являются точками пересечения этой прямой с вертикалями, проведенными через точки . ДляI передачи это будет точка «е». Все кривые пучка будут закончены при максимальных значениях крутящего момента . Так, дляI передачи кривая будет закончена в точке «h» пересечения горизонтальной прямой, проходящей через точку = 16,0 об/с, и вертикальной прямой, проходящей через точку .

На этом построение кривых нижней вспомогательной части графика закончено.

В верхней части тяговой характеристики первой строят кривую буксования , для чего, пользуясь уравнением (4.29), рассчитывают необходимые значения,(они приведены в табл. 10).

, (4.29)

где – коэффициент использования сцепного веса трактора.

= 20200/202000 = 0,1; = 32000/202000 = 0,158. Подставив полученные значения в равенство (4.29), получим: = 1,2;=2,079.

В отличие от других кривых тяговой характеристики, кривая буксования является общей для всей характеристики, т. к. с достаточной точностью можно принять, что буксование ведущих органов зависит только от величины тягового усилия, независимо от того, на какой передаче это усилие получается.

После кривой буксования в верхней части графика строят кривые действительных скоростей отдельно для каждой передачи. Рассмотрим построение этой кривой для I передачи. Берем на оси абсцисс 15 точек и проводим через них вертикали до пересечения с кривой буксования в верхней части и кривой частоты вращения в нижней части. Ординаты полученных точек пересечения дают искомые значения и , входящие в уравнение (4.30). Подсчитав по этому уравнению ряд точекVд (табл. 10), строим в верхней части графика кривую действительной скорости на I передаче. Аналогично строятся кривые скоростей на остальных передачах.

; (4.30)

м/с;

м/с.

Чтобы определить значения и, входящие в это уравнение, берут на оси абсцисс ряд точек (не менее семи для трех передач) и проводят через них вертикали до пересечения с кривой буксования в верхней части графика и кривой частоты вращения в нижней части (соответственно рассматриваемой передаче). Ординаты точек пересечения определяют искомые значенияи. Подсчитав ряд значенийVд, строят в верхней части графика кривую действительной скорости на данной передаче. Аналогично строятся кривые на отдельных передачах.

Затем определяют тяговую мощность (мощность на крюке) трактора по формуле:

. (4.31)

. кВт.

Пользуясь уравнением (4.31), рассчитывают значения тяговой крюковой мощности трактора на I передаче (табл. 10) и на остальных передачах. Получив таким образом необходимые данные, строят в верхней части графика кривые тяговых мощностей. Кроме того, на тяговой характеристике необходимо нанести кривые удельных расходов топлива на один тяговый киловатт в час. Рассмотрим подробнее построение кривой удельного расхода топлива на I передаче. Для того чтобы получить данные для построения этой кривой, в уравнение (4.32) вводят две величины: и, значения которых берутся из графика. Выбирают шесть точек в диапазоне измененияот 50 до 100 %, а также две точки, лежащие в зоне тяговых усилий правее_max. Проектируют данные точки на кривую , построенную в нижней части графика, а затем по уравнению (4.32) рассчитывают значения удельного расхода топлива наI передаче . Построить кривуюв верхней части графика по полученным данным уже не представляет трудностей. Аналогично проводят построение кривых удельных расходов топлива на остальных передачах. Таким образом, построение тяговой характеристики трелевочного трактора закончено.

Величина определяется по формуле:

, (4.32)

где – часовой расход топлива, кг, соответствующий работе трактора на данной передаче с тяговой мощностью,

кг/(кВт ч); кг/(кВт ч).

Для определения величины проектируют рассматриваемую точку на кривую часового расхода топлива, построенную для данной передачи в нижней половине графика. На кривой отмечают искомое значение часового расхода. Такие графоаналитические расчеты проводят для ряда точек, лежащих на кривых .

По полученным данным в верхней половине графика строят кривые удельных расходов топлива на разных передачах.

Значение удельных расходов топлива зависят от экономичности двигателя, степени его загрузки и от тягового к.п.д. трактора. Чтобы отразить с достаточной полнотой влияние всех этих факторов, кривые удельных расходов надо строить на каждой передаче для широкого диапазона тяговых нагрузок. Следует знать, что ГОСТ 7057-2001 «Методы полевых испытаний тракторов» рекомендует для оценки топливной экономичности трактора рассматривать, как влияет на удельные расходы топливаизменение тяговой мощности в пределах от 100 до 50 % на каждой передаче. Кривыедолжны также охватывать зоны тяговых усилий, лежащие правее точек_max. Это дает возможность судить о топливной экономичности трактора при перегрузках.

Построенная тяговая характеристика должна быть проанализирована с точки зрения оценки полученных показателей, исследования характера их изменения в зависимости от тяговой нагрузки и других условий работы и выяснения влияния оказываемого на них различными факторами.

Имея тяговую характеристику трактора, можно, в частности, определить, чему равен его тяговый к.п.д. при различных условиях работы на заданном почвенном фоне. Для этого берем на характеристике не менее 6–8 точек и для каждой из них находим значение тягового к.п.д., пользуясь соотношением

, (4.33)

где – тяговая мощность трактора в выбранной точке;

– эффективная мощность, развиваемая при этом его двигателем,

; .

Величину находят, проектируя взятую точку на соответствующую данной передаче кривую эффективной мощности, расположенную в нижней части графика; полученная на этой кривой точка определяет искомую мощность . Значение тягового к.п.д. трактора может быть также рассчитано аналогичным путем по формуле:

; (4.34)

;

.

Сопоставление значений тягового к.п.д., полученных двумя изложенными методами, может служить средством контроля за правильностью построения тяговой характеристики; при отсутствии ошибок и аккуратном выполнении графических работ результаты расчетов по обеим методикам должны совпадать.

Таким образом, построение тяговой характеристики трелевочного трактора закончено. Правильность проведенных построений проверяют сопоставлением значений тягового к.п.д., полученных по уравнениям (4.33) и (4.34). Для того чтобы получить значения по уравнению (4.33), пользуются уже известным приемом. Выбирают несколько точек (6–9) на оси абсцисс тяговой характеристики и проводят вертикали до пересечения с кривой тяговой мощности в верхней части графика и кривой эффективной мощности в нижней части. При этом не следует забывать о соответствии кривых ирассматриваемойпередаче.

Рассчитанные по уравнению (4.33) значения , а также значения тягового к.п.д., полученные из уравнения (4.34) аналитическим путем, сведены в табл. 10. Совпадение результатов расчетов по обоим методам гарантирует правильность построения тяговой характеристики.

67