Тягово-експлуатаційні розрахунки Баланс потужності трактора

Під час роботи тракторного агрегату лише частина потуж­ності, що розвиває двигун, використовується на виконання ко­рисної роботи. Значна частина потужності витрачається на подо­лання різних опорів. Баланс потужності працюючого трактора можна зобразити графічно (рис. 14.1) і визначити за формулою:

N+=N_ШP+ N^+N^±N_M+N_м+N, , (14.1)

де М_еф— ефективна потужність двигуна;М_те„ —потужність, яка витрачається на подолання тертя в силовіи передачі та на ведучих ділянках гусениць (для гусеничних тракторів); — потужність, що витрачається на самопереміщення трактора;Мбу_КС— потужність, що втрачається при буксуванні трактора;М„ід —потужність, яка витрачається під час руху трактора по схилу (при переміщенні вниз із знаком мінус);М_ввп— по­тужність, що придається валу відбору потужності; АГ_Т— тяго­ва, робоча потужність на начіпному пристрої трактора.

Під час роботи в агрегаті з машинами, робочі частини яких приводяться у дію від вала відбору потужності трактора (лісові ґрунтові фрези, обприскувачі та ін.), потужність, що витрачається на цей привід, належить до корисної.

У силовій передачі потужність втрачається внаслідок тертя поверхонь зубів коліс, підшипників і сальників, а також на пе­ремішування мастила у картерах зубчастих передач. Ці втрати залежать від кількості пар зубчастих коліс, через які послідовно передається потужність. Характеризуються вони механічним коефіцієнтом корисної дії (ККД), що дорівнює добутку ККД окремих послідовно з’єднаних пар зубчастих коліс:

Рис. 14.1. Баланс потужності трактора

V** ~^Т1г^ТІ2 ^Т1з -^Т1п* (14.2)

де п —кількість пар зубчастих коліс, що входять у зачеп­лення.

ККД окремої пари зубчастих коліс з урахуванням втрат на тертя у підшипниках для циліндричних коліс береться 0,97, для конічних — 0,95.

У гусеничних тракторах частина потужності витрачається на подолання тертя у зачепленні ведучих зірочок з ланками гусе­ниць. Ці втрати становлять 4-6 % потужності двигуна.

Отже, загальні втрати у силовій передачі колісних тракторів становлять 8-9 %, гусеничних - 12-14 %. При цьому ме­ханічний ККД для колісних тракторів становитиме 0,92-0,91, для гусеничних — 0,88-0,86.

Втрати потужності у силовій передачі визначають за форму­лою:

Потужність, що витрачається на самопереміщення трактора під час роботи, також є постійною величиною. Величина Ы_пер скла­дається із втрат на тертя в механізмах гусеничного двигуна, в шар­нірах гусеничних ланцюгів (крім ведучих ділянок), в опірних кот­ках, що підгримують ролики на напрямних колесах, а також із втрат на вертикальне переміщення ґрунту при утворенні колії.

Потужність, кВт що витрачається на самопереміщення, можна визначити за формулою:

н,„ = ^{<2т / і}’^с • <¹⁴-⁴>

" 1000

де <2_Т— сила тяжіння маси трактора, Н; / — коефіцієнт опору переміщення трактора;ь_с—швидкість руху трактора, м/с.

Силу тяжіння маси трактора у свою черіу можна знайти за формулою:

<2г=К-8>

де М_т— маса трактора, кг; g — прискорення вільного падіння (9,81 м/с²). Таким чином, потужність,кВт

ЛГ =^{Мт 8 /}'°^с, (14.5)

" 1000

або

⁽¹⁴-⁶⁾

де Р_пер —сила, Н, що витрачається на переміщення.

=, (14.7)

Якщо швидкість визначити в км/год, то потужність,кВт,

або

=(14.9)

^ 360

Силу орієнтовно можна визначати вимірюванням зусилля, що необхідне для буксування досліджуваного трактора по го- ризонтальному шляху. Більшточно силу, що витрачаєтьсяна переміщення, обчислюють як різницю між тяговими зусиллям трактора й окружним зусиллям на ведучих колесах трактора.

Орієнтовні значення коефіцієнта опору переміщення наве­дені в табл.14.1.

Таблиця 14.1.Значення коефіцієнтів опору при переміщенні тракторів

Стан поля, дороги ! Значення коефіцієнта опору

І переміщенню

	1 для гусеничного І трактора	для колісного трактора
Цілина, щільний переліг	! 0,05-0,07	0,03-0,05
Переліг 2-3-річний, луг	1 0,06-0,07	0,06-0,08
Стерня	0,07-0,08	0,09-0,10
Зоране поле	0,08-0,09	0,12-0,18
Зоране торфовище	0,14-0,18	0,14-0,20
Поле після боронування або культивації	0,08-0,10	0,16-0,18
Пісок вологий	ОДО	0,08-0,10
Пісок сухий	0,15	0,25-0,30
Цілина осушена болотно-торф’яна	0,11-0,14	-
Дорога грунтова суха	0,05-0,07	0,03-0,05
Дорога снігова укатана	0,06	0,03
Дорога льодяна	0,03	0,02

При буксуванні потужність витрачається на просковзуван- ня ведучих коліс або гусениць трактора, що супроводжується зсуванням ґрунту ґрунтозачепами і зменшенням швидкості ру­ху трактора.

Буксування визначається властивостями ґрунту, типом хо­дової частини і ступенем завантаження трактора.

Коефіцієнт буксування:

(14.Ю)

Ф роб

де ^букс ~потужність, витрачена при буксуванні, кВт;(р^— середнє кутове переміщення правого і лівого ведучих коліс трактора під час його руху з навантаженням, рад;<р_хо^ —се­реднє кутове переміщення правого і лівого ведучих коліс під час руху трактора без навантаження («вхолосту»), рад.

Залежно від типу ходової частини коефіцієнт буксування при повному тяговому завантаженні становить для гусеничних тракторів 2-6 %, колісних при переміщенні по щільному ґрун­ту без навантаження — 2-3 %, а при повному навантаженні — 16-25 %. Потужність, кВт, що втрачається при буксуванні, визначають за формулою:

= (14.11)

Потужність, що втрачається на подолання підйому виз­начають за формулою:

(14.1

^я,д3600

де і —підйом шляху, рівний тангенсу кута підйому (рис. 14.1). При більш точних розрахунках на великих підйомах треба брати сінус цього кута.

Потужність вала відбору потужності, яка витрачається на при­ведення робочих органів у дію, можна знайти за формулою:

1000" > (14.13)

де Л^_ввЛ— потужність вала відбору потужності,кВт; М_ввт— крутильний момент, що розвивається на валу відбору потужності, Н-м;со — кутова швидкість вала відбору потужності, рад/с.

Корисну потужність трактора Ш_т⁺№_{в в} „ )можна визначити, виходячи з балансу потужності трактора (див. формулу 14.1), як різницю між ефективною потужністю двигунаИ_ефта су­мою витрат потужності, що витрачається на подолання опорів руху трактора:

+Л^+Л^_С±ЛГ,) . (14.14)

За різних умов роботи величина корисної або тягової по­тужності не постійна. Залежність її та тягового зусилля від швидкості зображена на рис. 14.2.

Ступінь використання ефективної потужності двигуна на ко­рисну роботу в тракторах характеризується відношенням сумар­ної корисної потужності (М_т+Ы_ввп)до ефективної потужностіЫ_ефЦе відношення і є тяговим ККД трактора:

^TJt=(14.15)

Рис. 14.2. Баланс потужності колісного трактора класу 1,4 у функції швидкості руху:

Njngp, Ngy_KC> N_mp — витрати потужності на подолання сил тертя, буксування і переміщення відповідно; N_T — тягова потужність; Р_Т — тягове зусилля

Швидкість руху, км/год

Якщо вал відбору потужності не використовують, то:

N_T

’^?г=7Г- (14.16)

™еф

Значення тягового ККД для гусеничних тракторів при пов­ному їх завантаженні коливається від 0,68 до 0,75; для колісних тракторів з чотирма ведучими колесами він становить 0,60-0,70, а з двома — 0,50-0,60.

Знаючи ефективну потужність трактора і його тяговий ККД, можна тягову потужність визначити за такою формулою:

Н_Т = Н_еф‘Г}_Т. (14.17)

Під час комплектування тракторних агрегатів необхідно знати тягове зусилля на начіпному або причіпному пристрої трактора, яке знаходять за формулою:

3600-лг_г

* т ~ ’

V

де Ы_т — тягова потужність, кВт; V — дійсна швидкість руху трактора, км/год.

Дійсну швидкість руху трактора можна розрахувати за фор­мулою:

(14.19)

де ъ_теор — теоретична швидкість, км/год; 8 — коефіцієнт бук­сування.

Теоретичну швидкість руху, км/год, визначають за формулою:

3,6-г-гу

:— , (14.20)

де г — радіус початкової окружності ведучої зірочки гусенич­ного трактора, або 0,90-0,95 радіуса ведучих пневматичних коліс, м; о) — кутова швидкість колінчастого вала двигуна, рад/с; і — передавальне число трансмісії трактора.

При комплектуванні агрегатів з метою спрощення розра­хунків можна користуватися довідковими або паспортними да­ними тракторів, де наведені діапазони їх швидкостей руху та тягові зусилля на кожній з передач (див. додаток 2).

Точніші значення тягових зусиль та інших показників в конкретних умовах можна дістати в процесі тягових випробу­вань трактора. Під час таких випробувань визначають тягове зусилля трактора, швидкість його руху, кутову швидкість колінчастого вала і ведучих коліс та витрати пального. Потім розрахунковим шляхом встановлюють тягову потужність, ко­ефіцієнт буксування, питомі та годинні витрати пального для кожного значення тягового зусилля.

На рис. 14.3 наведена тягова характеристика колісного трак­тора класу 1,4 під час роботи на стерні.

Використовуючи тягові характеристики, можна визначити оптимальні режими роботи трактора. Слід також пам'ятати, що тягові властивості одного й того самого трактора залежать від властивостей ґрунту — механічного складу, вологості та інших параметрів, які впливають на втрати потужності при перемі­щенні та буксуванні механізму. При цьому тягова потужність змінюється у значних межах: для гусеничних тракторів — на 20-25 %, для колісних — на 40-50 %.

Рис. /4-3. Тягова характеристика колісного трактора класу 1,4 при роботі на болотно-торф'я­нистому ґрунті по стерні: М_Т — тягова потужність; <5 — коефіцієнт буксування; — годинна витрата пального; — питома витрата пального; р_р — робоча швидкість; Р_Т — тягове зусилля; ІІІ-УП - передачі

На зміну тягової потужності найбільше впливає вологість ґрунту, підвищення якої на 1 % (порівняно з оптимальною) при­зводить до зниження тягової потужності колісних тракторів на 1-2 %, гусеничних — на 0,7-1,0 %.

2ДО 4000 ЄЙ» ВСЮО 7000312009

Р^даН

Під час роботи на перезволожених ґрунтах тягове зусилля трактора обмежується не потужністю його двигуна, а максималь­ною силою зчеплення Р_зч трактора з ґрунтом. Тобто для виконан­ня роботи в нормальному режимі треба дотримуватись таких умов:

Сила зчеплення залежить від зчіпної ваги трактора, типу ходової частини, стану ґрунту і визначається за формулою:

(14.21)

Д^е 0^ ~~ зчіпна вага трактора, Н; /х — коефіцієнт зчеплення трактора з ґрунтом, значення якого наведено в табл. 14.2.

Для гусеничних та колісних тракторів з чотирма ведучими колесами зчіпна вага дорівнює повній вазі трактора, для коліс­них тракторів із задніми ведучими колесами — лише частині її, що припадає на задні ведучі колеса, тобто близько 2/3 ваги трактора. Така сама залежність існує і для колісних тракторів

Таблиця 14.2.Значення коефіцієнта зчеплення тракторів з ґрунтом

Поверхня	Значення коефіцієнта зчеплення
	для колісних тракторів і	; для гусеничних тракторів
Переліг, щільна суха деревина	0,7 :	1,0-1,2
Стерня на суглинку нормальної вологості	0,6	0,8-1,0
Стерня на супіску	0,6	0,7-0,9
Поле свіжозоране	0,4-0,5	0,6-0,7
Поле, підготовлене для сівби	0,4-0,6	0,6-0,7
Те саме після дощу	0,2	0,4-0,5
Пісок вологий	0,4	0,6
Пісок сухий	0,3	0,5
Глибока грязюка	0,1	0,3-0,5
Дорога снігова	0,3	0,5-0,7

з двома передніми ведучими колесами, але тут враховується лише та вага трактора, що припадає на них.

Щоб посилити зчеплення колісних тракторів з ґрунтом, збільшують навантаження на ведучі колеса закріпленням на них додаткових вантажів або заповненням камер шин водою. При заповненні камер на 75 % у тракторах класу 1,4 вертикальне навантаження на ведучі колеса збільшується до 3400 Н. Взим­ку камери шин заповнюють 25 % - водним розчином хлорис­того кальцію.

Збільшувати вертикальне навантаження на задні ведучі ко­леса можна при використанні гідравлічних і механічних дован­тажу вачів, що застосовують для роботи колісних тракторів з начіпними знаряддями і здебільшого на таких важких роботах, як оранка.

Під час роботи агрегату, що складається з колісного тракто­ра класу 1,4 з двома задніми ведучими колесами і трикорпусно­го плуга, встановлений на тракторі гідравлічний довантажувач збільшує вертикальне навантаження на ведучі колеса в межах 2240-7650 Н, що призводить до підвищення тягового зусилля трактора на 1100-3900 Н. Одночасно з довантаженням задніх коліс розвантажуються передні колеса трактора й опірне колесо знаряддя. Це зменшує втрати на подолання сил тертя кочення, відповідно підвищуючи ефективність використання трактора. Отже, при використанні на окремих операціях колісного трак-

тора зтаким довантажувачем майжеу 2 рази зменшується бук­сування, продуктивністьагрегату підвищуєтьсяна 45 %, а вит­рати пального знижуються на 27 %.

Механічний довантажувач задніх ведучих коліс мають трак­тори класів 0,6, 0,9 та деяких марок тракторів класу 1,4. Для приведення у дію механічного довантажувана верхня тяга начіпної системи трактора встановлюється похило. При збіль­шенні кута нахилу верхньої тяги на 2-3° вертикальне наванта­ження на задні колеса трактора з трикорпусним плугом збіль­шується на 2500-3500 Н, значно зменшується буксування, продуктивність підвищується на 10-13 %, витрати пального знижуються на 5-10 %.

На ґрунтах з підвищеною вологістю та на розпушених ґрун­тах тягові якості колісних тракторів можна також підвищувати, застосовуючи напівгусеничний хід, основною частиною якого є дві гумовотканинні стрічки із сталевими ґрунтозачепами. Кожна з них натязується на ведучі колеса та допоміжне колесо, що вста­новлюється між передніми і задніми колесами трактора.

На розпушених ґрунтах та на ґрунтах з підвищеною во­логістю доцільно використовувати трактори з чотирма ведучи­ми колесами. Продуктивність їх за таких умов підвищується на 35 %, а витрати пального зменшуються на 20 %.

Тяговий опір основних лісогосподарських машин

Опір лісогосподарських машин, що виникає під час їх пере­міщення під дією тягового зусилля трактора, називають тяго­вимаборобочим опором.

Тяговий опір — один з основних експлуатаційних показни­ків лісогосподарських машин. Він складається з таких складових: опору від сил тертя кочення ободів коліспо ґрунту,сил тертя ковзанняробочих поверхонь машин по матеріалу, що обробляється, і сил тертя між окремими частинами машинК_тер, опору різанняікришіння матеріалу, що обробляється_к:зусилля, яке витрачається на відкидання частин матеріалу, що обробляєтьсяК_к._е\ опору підйому Н_під.

опору сил енерції Я_с і, які виникають при нерівномірному русі машин.

Отже, баланс опору машин у загальному вигляді:

Д_т= /и+Л_р* (14.22)

Під час холостих переїздів тяговий опір машини складаєть­ся із зусиль, що витрачаються на подолання тертя кочення обо­дів по ґрунту, і сил тертя у втулках коліс, а при переміщенні вгору по схилу ще й із сил опору підйому.