Потенційна тягова характеристика трактора

Номінальна сила тяги Рт, кН	Експлуат. вага трактора Gе, кН	Коефіцієнт навантаж ведучих коліс	Коефіцієнт зчеплення	Ефективна потужність двигуна кВт	Втрати потужності в трансмісії, кВт	Коефіцієнт опору коченню
30	55,524	0,8	0,6	77,45	7,74	0,12
a	b	c
0,2	0,8	8

Рт % від Рн	Тягове зусилля Рт, кН	Відносна сила тяги	Коефіцієн буксуван	Потуж на букс ,кВт	Швидкіс теор, км/год	Потужн на подол опору коч, кВт	Тягова потужніст, кВт
0	0	0,000	0,000	0,000	37,665	69,710	0,000
20	4	0,150	0,030	2,093	23,535	42,252	25,366
40	8	0,300	0,060	4,189	17,115	29,773	35,748
60	12	0,450	0,091	6,372	13,447	22,613	40,726
80	16	0,600	0,134	9,311	11,073	17,757	42,642
100	20	0,750	0,231	16,071	9,412	13,404	40,235
120	24	0,901	0,526	36,671	8,184	7,179	25,860
140	28	1,051	1,397	97,418	7,240	-5,326	-22,382
150	30	1,126	2,287	159,434	6,845	-16,306	-73,418

На потенційній тяговій характеристиці видно і таке значення тягового зусилля , при якому тягова потужністьі тяговий ККДмають максимальні значення, а сума втрат потужності мінімальна. Звідси випливає важливий висновок: для будь-якого трактора в певних ґрунтових умовах існує лише одне значення тягового зусилля, за якого він може працювати з максимальною ефективністю (з мінімальними непродуктивними затратами потужності).

Оскільки діапазон тягових зусиль, які необхідно подолати за допомогою тракторів при виконанні польових робіт, досить широкий і всі роботи повинні виконуватися з максимальною ефективністю, в основу побудови типорозмірного ряду сільськогосподарських тракторів закладений принцип тягових класів, відповідно до якого кожному тяговому класу відповідає певне номінальне тягове зусилля.

Номінальне тягове зусилля - це таке зусилля на гаку трактора, при якому на стерні (при нормальній твердості і вологості) його тяговий ККД близький до максимального, а коефіцієнт буксування рушіїв не перевищує у тракторів з двома ведучими колесами (4К2) 18 %, а чотирма (4К4) –16 %, у гусеничних - 5 %.

3. Розрахунок і побудова регуляторної характеристики дизельного двигуна

Регуляторна характеристика тракторного двигуна виражає залежність ефективної потужності, частоти обертання колінчастого вала , скрутного моменту, питомої і годинної витрати палива від швидкісного і навантажних режимів роботи двигуна.

Розрахунок і побудову регуляторної характеристики двигуна в функції від швидкісного режиму рекомендується проводити в наступній послідовності .

Беручи різні значення частот обертання колінчастого вала двигуна з інтервалом 100...200 хв^-1 менше номінальної величини (за завданням), визначають поточні значення потужності двигуна на безрегуляторній гілці характеристики за емпіричною формулою:

(3.1)

де і- поточне і номінальне значення частоти обертання колінчастого вала двигуна;

; - для дизелів з безпосереднім впорскуванням палива

; - для дизелів о вихрокамерним сумішоутворенням.

=118,26

На регуляторній гілці характеристики приймають зміну потужності за законом прямої лінії від=0 до.

Для визначення =0 визначають частоту обертання колінчастого вала двигуна на холостому ході за формулою :

, хв^-1 (3.2)

де - коефіцієнт нерівномірності регулятора, для сучасних тракторних двигунів приймають= 0,07...0,08.

хв^-1

Знаючи потужність і частоту обертання колінчастого вала двигуна, визначають крутний момент за формулою:

=0,564 кН·м (3.3)

де - частота обертання колінчастого вала відповідно до потужності двигуна.

За питомою витратою палива при номінальній потужності двигуна визначають максимальну годинну витрату палива за формулою :

== 27,89 кг/год. (3.4)

Для холостого ходу двигуна приймають

=0,30·27,89=8,36 кг/год. (3.5)

Проміжні точки годинної витрати палива на регуляторній гілці приймають за законом прямої лінії за годинною витратою палива і відповідною потужністю двигуна на регуляторній гілці, визначають питомі витрати палива за формулою:

==248 г/кВт·год (3.6)

Крива питомої витрати палива піднімається вгору при зниженні навантаження двигуна.

Питому витрату палива на безрегуляторній гілці при максимальному крутному моменті двигуна приймають на 5...10 % більше, ніж при номінальній потужності. Проміжні точки питомої витрати палива можна прийняти аналогічно до дослідних даних відповідних двигунів.

Знаючи питому витрату палива на без регуляторній гілці, визначають відповідну годинну витрату палива за формулою

==1,46 кг/год (3.7)

Результати розрахунків показників роботи двигуна заносять до таблиці 3.1. для побудови регуляторної характеристики.

Користуючись одержаними розрахунками, будують графік регуляторної характеристики дизельного тракторного двигуна у функції від частоти обертання колінчастого вала двигуна

На рис . 3.1. наведено загальний вид швидкісної регуляторної характеристики, що показує характер зміни

Обов'язковими розрахунковими точками на регуляторній гілці характеристики будуть точки 6,7 (рис.3.1.), у яких значення потужності відповідно дорівнює 0,8 і 0,5. Значення всіх параметрів у розрахункових точках 5,6, і 7 заносять до таблиці 3.1.

Ділянку характеристики, що розташована зліва від точкі (точка, де крутний момент має максимальне значення), слід вважати не робочою. На цій ділянці двигун робить не стійко і при незначному додатковому перевантаженні може заглохнути.

Таблиця 3.1

Регуляторна характеристика дизельного двигуна

Номінальна потужність, кВт	Номінальна частота обертання колінчатого вала, об/хв	Питома ефективна витрата палива, г/кВт*год	Максимальна частота обертаня холстого ходу, об/хв	Коефіцієнт для визначенн потужностіС1	Коефіцієнт для визначенн потужності С2
50	2100	230	2300	0,5	1,5

№роз рахункові точки	Частота обертання колінчатого вала, об/хв	Потужність, кВт	Крутний момент, Н*М	Годинна витрата палива, кг/год	Питома ефективна витрата палива, г/кВт*год
1	1300,00	32,36	237,69	8,19	253,00
2	1400,00	35,19	240,01	8,74	248,40
3	1500,00	37,90	241,30	9,24	243,80
4	1600,00	40,47	241,56	9,72	240,12
5	1700,00	42,86	240,79	10,13	236,44
6	1800,00	45,04	238,98	10,53	233,68
7	1900,00	46,98	236,15	10,85	230,92
8	2000,00	48,64	232,28	11,14	229,08
9	2100,00	50,00	227,38	11,50	230,00
10	2120,00	45,00	204,64	10,70	237,67
11	2140,00	40,00	181,90	9,89	247,25
12	2200,00	25,00	113,69	7,48	299,00
13	2300,00	0,00	0,00	3,45	#ДЕЛ/0!

Регуляторна характеристика, побудована у функції від частоти обертання, не зручна для користування, оскільки регуляторні гілки розташовані у них на малому відрізку осі абсцис. Це перешкоджає аналізу завантаження двигуна та його економічності на основних робочих режимах. Тому регуляторні характеристики тракторних двигунів, будуються у функції від ефективної потужності (рис.3.2.).

4. Розрахунок і побудова теоретичної тягової характеристики трактора

Визначивши основні конструктивні й економічні параметри тракторного двигуна і трактора в цілому, починаємо розрахунок і побудову теоретичної тягової характеристики трактора, яка дозволяє отримати наочне уявлення про тягові та паливно-економічні показники на різних режимах його роботи.

Теоретична тягова характеристика трактора (рис. 4.1.) складається з двох частин: верхньої і нижньої. Нижня частина графіка має допоміжне значення і служить для нанесення основних початкових параметрів тракторного двигуна. У верхній частині графіка наносять ряд кривих, що показують, як в заданих грунтових умовах, при сталому русі на горизонтальній ділянці, в залежності від навантаження на гаку трактора змінюються його основні експлуатаційні показники буксування ведучих органів, швидкості руху, тягові потужності, питомі витрати палива та умовний тяговий ККД трактора.

Теоретичний розрахунок і графічну побудову теоретичної тягової характеристики трактора виконують у такій послідовності: на аркуш; міліметрового або креслярського паперу наносять на нижній його частині осі координат з повернутою віссю ординат вниз. Потім по осі абсцис від початку координат О¹ у прийнятому масштабі відкладають для кожної передачі максимальну дотичну силу тяги, що підрахована за формулою:

(4.1)

і номінальну

(4.2)

де - максимальний крутний момент двигуна (табл. 3.1.);

- крутний момент двигуна при номінальній частоті обертання колінчастого вала (табл. 3.1.);

- передаточне число трансмісії;

- ККД, що враховує втрати потужності у трансмісії;

- радіус кочення ведучого колеса.

Дотична сила тяги трактора прямо пропорційна крутному моменту двигуна, тому по осі абсцис від точки О¹ для кожної передачі у прийнятому масштабі наносяться крутні моменти двигуна івідповідно дотичним силам гягиі.

Для зручності побудови теоретичної тягової характеристики трактора на осі (або на окремих лініях, паралельних цій осі) позначають точки які відповідаютьіна різних передачах, і через ці точки проводять вертикалі.

Потім по осі ординат вниз наносяться масштабні шкали ефективної потужності , годинної витрати паливаі частоти обертання колінчастого валадвигуна з таким розрахунком, щоб графіки у регуляторній зоні не перетинались.

Потім будують залежності ,івідвикористовуючи проведені вертикалі і дані табл. 3.1.

При цьому утворюються пучки кривих зі спільним центром у точці О¹, криві зі спільним центром у точціі пучок кривихзі спільним центром у точці, - відповідні холостому ходу двигуна. Точки перетину (вершини) кривих усіх показників регуляторної характеристики двигуна повинні знаходитися на горизонтальній прямій і по вертикалі відповідати номінальним моментам двигуна.

Криві, розташовані в нерегуляторній зоні у межах від до, для кожної передачі будуються по розрахункових точках регуляторної характеристики (табл. 3.1.). Нанесені криві на графік регуляторної характеристики для кожної передачі повинні закінчуватися при максимальних значеннях крутних моментів.

Прикладом побудови навантажувальної характеристики двигуна в функції від крутного моменту може бути нижня частина теоретичної тягової характеристики трактора (рис. 4.1.). Слід враховувати, що у зоні перевантажень від докриві,,будуються по точках регуляторної характеристики, а у зоні дії регуляторів ці показники зображують прямими лініями.

Після побудови навантажувальної характеристики визначають силу опору коченню за формулою:

(4.3)

де - коефіцієнт опору коченню для даних ґрунтових фонів роботи;

- експлуатаційна вага трактора.

Величин сили опору коченню відкладають по осі абсцис вправо від точки О¹ до точки О, у масштабі дотичної сили .

Одержана точка О буде початком координат безпосередньо тягової характеристики трактора. По осі абсцис у масштабі дотичної сили від точки О відраховується сила тяги на гаку трактора, і визначається вона за формулою:

(4.4)

де - тягове зусилля на гаку трактора.

По осі ординат вгору будуються у своїх масштабах тягові показники трактора - буксування рушіїв , швидкості руху, тягові потужності на гаку, питому витрату паливаі умовний тяговий ККД.

Величина коефіцієнта буксування підраховується за формулами (2.3.; 2.4.; 2.5.; 2.6.). Він являється спільним для всіх передач трактора.

Потім для кожної передачі визначають швидкість руху при (холостий хід трактора) за формулою:

(4.5)

де - частота обертання колінчастого вала при холостому ході трактора (визначається з нижньої частини тягової характеристики).

Знаючи величину буксування і частоту обертання колінчастого вала, підраховують для кожної передачі робочі швидкості руху за формулою:

(4.6)

За обчисленою швидкістю руху трактора , що працює на даній передачі, і відповідною силою тяги на гаку розраховуємо тягову потужність:

(4.7)

Для оцінки паливної економічності трактора визначають питомі витрати палива за формулою:

, г/кВт·год (4.8)

де - відповідні годинні витрати палива по нижній частині графіка регуляторної характеристики двигуна, кг/год.

Умовний тяговий ККД трактора підраховується за формулою:

(4.9)

де і- визначаються за графіком тягової характеристики.

Перевірку провести за формулою:

(4.10)

де - ККД, що враховує втрати потужності у трансмісії;

- ККД, що враховує втрати потужності на кочення;

- ККД, що враховує втрати потужності на буксування.

Якщо розрахунок за двома формулами виконаний вірно, то результати розрахунків повинні збігатися або бути близькими.

Для побудови теоретичної тягової характеристики трактора одержані розрахункові тягові показники для кожної передачі заносяться у таблицю за наступною формою (табл. 4.1.)

Після вибору масштабів ,,,і, а також розміщення їх осей так, щоб криві не накладались одна на одну, виконують побудову.

Баланс потужності трактора складається для однієї з передач при номінальній частоті обертання колінвала.

Тягова потужність береться з таблиці 4.1., а потужність,івизначаються за формулами (2.2.), (2.7.), (2.11.) і заносяться до таблиці 4.2.

Теоретична тягова характеристика

П	Т	Ne, кВт	n, об/хв	G, кг/год	Pк, кН	Рт, кН	Vi, км/год	Nт, кВт	gт, г/кВт*год	коеф буксов	тягов ККД	Р
1	1	26,05	1600	6,772	19,23	16,84	3,65	17,07	396,84	0,18865	0,655	0,703
	2	27,59	1700	6,924	19,17	16,78	3,88	18,11	382	0,18675	0,656	0,701
	3	28,99	1800	7,103	19,03	16,64	4,13	19,11	371,68	0,18245	0,659	0,695
	4	30,24	1900	7,197	18,80	16,41	4,40	20,05	358,88	0,17606	0,663	0,685
	5	31,31	2000	7,358	18,49	16,10	4,68	20,92	351,78	0,16801	0,668	0,673
	6	32,18	2100	7,563	18,10	15,71	4,96	21,67	349,04	0,15879	0,673	0,656
	7	24,14	2137	6,237	13,35	10,96	5,45	16,57	376,33	0,09304	0,687	0,458
	8	16,09	2174	4,911	8,74	6,35	5,78	10,21	481,08	0,05309	0,634	0,265
	9	8,04	2211	3,586	4,30	1,91	6,11	3,24	1107,71	0,01592	0,403	0,080
	10	0,00	2248	2,260	0,00	-2,39	6,44	4,28	528,41	0,01996	#####	-0,100
2	1	26,05	1600	6,772	16,38	13,99	4,61	17,89	378,46	0,12765	0,687	0,584
	2	27,59	1700	6,924	16,32	13,93	4,90	18,96	365,25	0,12689	0,687	0,582
	3	28,99	1800	7,103	16,20	13,81	5,20	19,94	356,27	0,12516	0,688	0,577
	4	30,24	1900	7,197	16,01	13,62	5,50	20,81	345,77	0,12251	0,688	0,569
	5	31,31	2000	7,358	15,75	13,36	5,81	21,57	341,07	0,11906	0,689	0,558
	6	32,18	2100	7,563	15,41	13,02	6,13	22,19	340,78	0,11492	0,690	0,544
	7	24,14	2137	6,237	11,36	8,97	6,52	16,25	383,70	0,07526	0,673	0,375
	8	16,09	2174	4,911	7,44	5,05	6,87	9,65	509,04	0,04222	00	0,211
	9	8,04	2211	3,586	3,66	1,27	7,22	2,54	1410,34	0,01059	0,316	0,053
	10	0,00	2248	2,260	0,00	-2,39	7,57	5,02	449,90	0,01996	#####	-0,100
3	1	26,05	1600	6,772	14,13	11,74	5,50	17,95	377,39	0,10069	0,689	0,490
	2	27,59	1700	6,924	14,08	11,69	5,85	19,00	364,38	0,10023	0,689	0,488
	3	28,99	1800	7,103	13,98	11,59	6,20	19,96	355,80	0,09917	0,689	0,484
	4	30,24	1900	7,197	13,81	11,42	6,56	20,81	345,86	0,09752	0,688	0,477
	5	31,31	2000	7,358	13,58	11,19	6,92	21,52	341,86	0,09531	0,687	0,467
	6	32,18	2100	7,563	13,30	10,91	7,29	22,09	342,40	0,09258	0,686	0,455
	7	24,14	2137	6,237	9,80	7,41	7,67	15,79	395,03	0,06197	0,654	0,310
	8	16,09	2174	4,911	6,42	4,03	8,04	9,00	545,63	0,03368	0,559	0,168
	9	8,04	2211	3,586	3,16	0,77	8,40	1,79	2007,02	0,00639	0,222	0,032
	10	0,00	2248	2,260	0,00	-2,39	8,77	-5,82	388,08	0,01996	#####	-0,100

Таблиця 4.2