Тяговый расчет существующего (серийного) трактора.

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

1. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ СУЩЕСТВУЮЩЕГО (СЕРИЙНОГО) ТРАКТОРА.

1.1. Цель и исходные данные для расчета.

К основным параметрам, от которых зависят прежде всего эксплуатационные свойства тракторов, относят: эксплуатационный вес, максимальная мощность двигателя, передаточные числа трансмиссии и размеры ведущих колес или гусеничного движителя. Тяговым расчетом определяют рациональные значения этих параметров, получают регуляторную характеристику двигателя и тяговую характеристику трактора.

При выполнении тягового расчета трактор рассматривается как тяговое энергетическое средство (ТЭС), т. е. вся мощность его двигателя реализуется через трансмиссию и движители для создания тяговой силы без резервирования на работу активных рабочих органов сельхозмашин через валы отбора мощности.

Основным классификационным показателем трактора, как ТЭС, является номинальное тяговое усилие, определяющее его тяговый класс. За такое усилие принято крюковое усилие, которое реализует трактор на взлущенной стерне колосовых культур со средней плотностью и нормальной влажностью (15...18 %) почвы при допустимом буксовании ведущих колес, равном 3...5, 14...16 и 16.,.18 % соответственно для тракторов гусеничных и колесных с колесной формулой 4К4 и 4К2

Такое значение буксования обеспечивает при полной загрузке двигателя получение максимума тягового к.п.д. трактора и производительности машинно-тракторного агрегата, Типоразмерный ряд сельскохозяйственных тракторов (типаж тракторов) строят по вышеуказанному тяговому усилию, все тракторы разделяются на следующие тяговые классы: 0,2; 0,6; 0,9; 1,4; 2; 3; 4; 5 и 6. Номинальное тяговое усилие этих классов в среднем равно соответственно 2, 6, 9, 14, 20, 30, 40, 50 и 60 кН. Тракторы тягового класса 0,2 относят к малогабаритным, 0,6...2 - к универсально-пропашным 3. ..6 к тракторам общего назначения.

Тяговое усилие, которое может реализовать трактор на различных передачах при работе с максимальной тяговой мощностью, также называют номинальным (или расчетным) тяговым усилием трактора, полученным на определенной передаче.

В международной практике используется классификация колесных тракторов (в странах дальнего зарубежья на долю гусеничных тракторов сельскохозяйственного назначения приходится в среднем только 3 %) по максимальной тяговой мощности, полученной при испытаниях на гладкой горизонтальной и сухой бетонной поверхности или на горизонтальной поверхности, покрытой скошенной травой.

Исходными данными для тягового расчёта существующего (серийного) трактора являются:

· Тяговый класс К=60 кН.

· Тип трактора гусеничный.

· Число основных передач z =8.

· Почвенный фон - залежь.

· Тяговые усилия трактора, используемые при анализе тяговой характеристики, Р_кр=2,3; 2,7 ,кН,

В настоящее время тракторы имеют три группы передач: замедленные (пониженные), основные (рабочие) и транспортные. Скорости движения при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя находятся соответственно в следующем диапазоне: 0,25...3,0; 5... 15; 12...50 км/ч. Первая передача в группе основных передач является, как правило, резервной. Она называется так потому, что позволяет получить максимальное тяговое усилие на крюке несколько больше номинального, т.е. при повышенном буксовании движителей. Для уменьшения при необходимости буксования рекомендуется трактор балластировать или увеличивать его сцепной вес иными известными способами, например, гидродогрузкой ведущих колес. Принимают, что вторая передача соответствует номинальному тяговому усилию трактора , Скорость движения на этой передаче принимается исходной для расчета максимальной мощности двигателя и передаточных чисел трансмиссии.

Тяговый расчет выполняют в такой последовательности:

- расчет и построение регуляторной характеристики двигателя;

- расчет и построение тяговой характеристики;

- анализ тяговой характеристики.

1. 2. Расчет и построение регуляторной характеристики двигателя

Расчет теоретической тяговой характеристики трактора производят на основе определения вышерассмотренных параметров трактора и регуляторной характеристики его двигателя.

Исходными данными для расчета регуляторной характеристики является максимальная мощность двигателя, а также принимаемые по прототипу (приложения Б, В и Г) номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя n_н и удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности двига-
теля g_е.н.

Регуляторная характеристика двигателя показывает изменение частоты вращения коленчатого вала n_д, эффективной мощности N_е, часового G_т и удельного g_е расходов топлива в зависимости от крутящего момента M_д. Такую характеристику (в функции от крутящего момента) называют тяговой характеристикой двигателя, так как она используется для построения тяговой характеристики трактора, которая строится в функции от тягового усилия трактора, зависящего прежде всего от крутящего момента двигателя и передаточного числа трансмиссии.

В упрощенном варианте, используемом при тяговом расчете, регуляторную характеристику строят по значениям вышеуказанных показателей, определенных для трех основных режимов работы двигателя:

- холостой ход (M_д и N_е = 0);

- номинальный (N_е=N_е.м);

- режим максимальной перегрузки (M_д=M_д.м).

При построении используются следующие формулы:

1. Частота вращения коленчатого вала двигателя n_д в мин^-1:

- на холостом ходу:

,               мин^-1      (1)

где δ_р – степень неравномерности регулятора частоты вращения (у тракторных дизелей δ_р = 0,06...0,08);

n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1, принимается по прототипу;

- при максимальном крутящем моменте:

,                        мин^-1              (2)    

где К_о – коэффициент приспособляемости по частоте вращения коленчатого вала (у тракторных дизелей К_о = 1,3...1,6, его значения можно определить из технической характеристики двигателя прототипа).

2. Крутящий момент M_д в Н×м:

- на номинальном режиме:

;        Н×м         (3)        

где N_е.м – максимальная мощность двигателя, кВт;

- на режиме максимальной перегрузки:

,               Н×м      (4)    

где К_м – коэффициент запаса крутящего момента (у тракторных дизелей К_м = 1,12...1,25, его значения можно определить из технической характеристики двигателя прототипа).

3. Эффективная мощность N_е. в кВт:

- при максимальном крутящем моменте (M_д = М_д.м):

.          кВт              (5)   

4. Часовой расход топлива G_т в кг/ч:

- на номинальном режиме:

;                          кг/ч (6)

где g_е.н – удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности двигателя, г/(кВт×ч), принимается по прототипу;

- на холостом ходу:

;      кг/ч              (7)

- на режиме максимальной перегрузки:

,                                    (8)

где g_е.о – удельный эффективный расход при максимальном крутящем моменте двигателя, г/(кВт×ч). g_е.о = (1,15...1,20) g_е.н=1,2*251=301,2, (9)

Результаты расчета заносят в таблицу 1 и используют для построения регуляторной характеристики (рис.1).

Таблица 1 – Результаты расчета регуляторной характеристики

Режим работы

Основные показатели двигателя

n_д,

мин^-1

М_д,

Н·м

N_е,

кВт

G_т,

кг/ч

g_е,

г/(кВт·ч)

Холостой ход

1331,5

8,88

Номинальная мощность

901,52

29,6

Максимальная перегрузка

1081,8

97,6

29,4

301,2

Работа с недогрузкой,

М_д =0,5 М_д.н

82,5

218,18

Отрезки кривых показателей n_д, N_е и G_т, соответствующие регуляторной и корректорной (перегрузочной) ветвям характеристики, принимают прямолинейными. Для построения кривой g_е, помимо двух найденных выше значений, определяют g_е на регуляторной ветви при М_д = 0,5 М_д.н по формуле , г/(кВт·ч),                            (10)

Значения G_т и N_е при расчете берут из графика регуляторной характеристики при М_д = 0,5 М_д.н.

    Рисонок 1 -Регуляторная характеристика двигателя

2.

3. 1.3. Расчет тяговой характеристики для заданного (заданных) почвенного фона (почвенных фонов)

1.5.1. Общие сведения и расчетные формулы

Тягово-энергетические свойства трактора оценивает тяговая характеристика, выражающая зависимость его действительной скорости движения V, тяговой мощности N_кр, тягового к.п.д. η_тяг, буксования ведущих колес δ, часового G_т и удельного расхода топлива g_кр от тягового усилия P_кр.

Тяговая характеристика – это построенная в других координатах регуляторная характеристика двигателя, трансформированная через трансмиссию и движитель, т. е. с учетом потерь энергии и скорости в трансмиссии, на перекатывание и буксование.

Расчет тяговой характеристики начинают с определения буксования ведущих колес для заданного почвенного фона. Буксование ведущих колес δ принимают зависящим только от тягового усилия трактора, поэтому сначала строят зависимость
δ = f (Р_кр), используя осредненные значения δ для разных значений коэффициента использования сцепления φ_кр (таблица 2). Эти значения получены путем обобщения результатов тяговых испытаний многих тракторов на разных почвенных фонах.

Таблица 2 – Зависимость буксования от коэффициента использования сцепления

Почвен-ный фон

Тип трактора

Буксование d (%) для φ_кр

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Залежь

Колесный 4К4

2,5

-

-

Колесный 4К2

5,5

-

-

Гусеничный

1,5

2,5

Стерня

Колесный 4К4

-

-

Колесный 4К2

2,5

-

-

-

Гусеничный

1,5

-

Почва, подготовленная под посев

Колесный 4К4

-

-

-

Колесный 4К2

-

-

-

-

Гусеничный

-

Для построения зависимости δ = f (Р_кр) значения Р_кр определяют из формулы Р_кр = φ_крG_сц

 Сцепной вес трактора рассчитывают по формуле

 G_сц = G_эλ_к =G_э =135500 , Н                                                                             (11)

Коэффициент нагрузки ведущих колес λ_к, как было указано ранее, у гусеничных тракторов и колесных 4К4 λ_к = 1, у колесных тракторов 4К2 λ_к = 0,75...0,80.

Таблица 3 – Зависимость буксования от тягового усилия проектируемого трактора (G_сц =135500 кН, почвенный фон - залежь )

φ_кр

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

δ,%

1,5

2,5

Р_кр, кН

13,5

27,1

40,65

54,2

67,75

81,3

94,85

108,4

121,95

Рисонок 2- Зависимость буксования δ от тягового усилия Р_кр и коэффициента φ_кр.

При расчете тяговой характеристики используются следующие формулы:

Сила тяги на крюке P_кр в Н:

 , Н               (12)

, кН                                                                                   (13)

 м                                                                                                         (14)

где Р_к и Р_f – касательная сила тяги и сила, затрачиваемая на перекатывание, Н;

M_д – крутящий момент двигателя, Н·м;

i_тр – передаточное число трансмиссии;

η_тр – к.п.д., учитывающий потери в трансмиссии;

 – радиус качения гусениц, м;

G_э – эксплуатационный вес трактора, Н;

f – коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению f принимают из учебных пособий [3, 4, 5]. В среднем можно принять f = 0,05, 0,09 и 0,16 (колесные тракторы) и f = 0,06, 0,07 и 0,12 (гусеничные тракторы) для почвенных фонов соответственно залежи, стерни и поля, подготовленного под посев.

Значения силы P_кр определяют на всех передачах для работы двигателя по регуляторной характеристике на режимах номинальной мощности, максимального крутящего момента и с недогрузкой при M_д = 0,5 M_д.н (таблица 1). При работе трактора на холостом ходу (без тяговой нагрузки) P_кр = 0.

Действительная скорость движения V в км/ч:

,              (15)

где V_т – теоретическая скорость движения, км/ч;

δ – буксование ведущих колес;

n_д – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Для определения действительной скорости движения сначала определяют на всех передачах и режимах работы теоретическую скорость движения V_т и буксование ведущих колес δ.

Теоретическую скорость движения трактора V_т определяют на трех характерных режимах его работы по формуле ( 15 ):

- холостой ход (Р_кр=0);

- режим максимальной тяговой мощности N_кр.м (номинальной мощности на соответствующей передаче);

- режим максимального тягового усилия P_кр.м.

При этих расчетах используют значения эффективных показателей двигателя, приведенные в таблице 1. Следует учитывать, что режим холостого хода трактора не соответствует холостому ходу двигателя, так как при работе на нем часть мощности двигателя затрачивается на преодоление сопротивлений, возникающих из-за потерь энергии в трансмиссии и на перекатывание. Поэтому при расчете скорости движения на холостом ходу принимают
n_д = n_д.х – 20, т.е. частота вращения коленчатого вала снижается примерно на 20 мин^-1 из-за затрат энергии двигателем на холостой ход трактора.

Значения буксования δ для каждого из расчетных значений P_кр определяют из графика δ = f (Р_кр) на рис. 2.

Если значения δ выходят за кривые графика δ = f (Р_кр), то соответствующие им значения Р_кр не могут быть реализованы из-за недостаточного сцепления ведущих колес с почвой. В таком случае для этих режимов действительная скорость V = 0. Для реализации требуемой силы тяги целесообразно предусмотреть увеличение G_сц балластированием или гидродогрузкой ведущих колес трактора, получаемой за счет переноса на задние колеса вертикальных нагрузок с опорных колес навесных машин и передних колес трактора созданием давления масла в гидроци-линдре навески [2, 4, 5]. Надо рассчитать, насколько следует увеличить G_сц, и определить после этого δ и другие показатели.

Тяговая (крюковая) мощность N_кр в кВт:

.                                                                         (16)

Тяговый к. п. д.

.                                                                                     (17)

Удельный (крюковой) расход топлива g_кр в г/(кВт·ч):

,                                                                (18)

где G_т – часовой расход топлива, кг/ч;

g_е – удельный эффективный расход, г/(кВт×ч).

Таблица 4 – Результаты расчета тяговой характеристики

Передача.

Режим работы.

Значение показателей.

Р_кр,

Н.

V,

км/ч.

N_кр,

кВт.

η_тяг

δ,

%

G_т,

Кг/ч

g_кр,

г/(кВт∙ч)

Примечание.

Холостой ход.

4,1

8,8

-----

Номинальный режим.

89,8

3,6

90,1

0,5

0,06

29,6

436,4

-----

Максимальная перегрузка.

117,6

2,2

67,7

0,69

0,16

29,4

316,2

Необходимо перенести часть веса навесной машины на трактор.

0,5 Р_кр.н

38,9

3,1

33,5

0,28

0,22

779,2

-----

Холостой ход.

4,7

8,8

-----

Номинальный режим.

76,3

4,3

91,2

0,51

0,035

29,6

427,8

-----

Максимальная перегрузка.

101,3

2,8

73,2

0,75

0,08

29,4

290,9

-----

0,5 Р_кр.н

32,4

4,5

40,25

0,34

0,015

641,7

-----

Холостой ход.

5,7

8,8

-----

Номинальный режим.

62,6

5,2

90,2

0,5

0,22

29,6

436,4

-----

Максимальная перегрузка.

84,9

3,5

74,4

0,75

0,048

29,4

290,9

-----

0,5 Р_кр.н

26,03

5,5

39,8

0,34

0,01

641,7

-----

Холостой ход.

6,9

8,8

-----

Номинальный режим.

49,9

6,3

87,9

0,48

0,22

29,6

454,5

-----

Максимальная перегрузка.

69,9

4,3

73,8

0,75

0,035

29,4

290,9

-----

0,5 Р_кр.н

19,73

6,7

0,4

0,01

545,45

-----

-----

На промежуточном режиме работы трактора с недогрузкой (Р_кр = 0,5 Р_кр.н) значения всех показателей определяют из тяговой характеристики после ее построения. Этот режим включен для получения дополнительной точки кривой g_кр = f (Р_кр). Удельный расход g_кр определяют по формуле (18), значения G_т и N_кр берут из соответствующих кривых тяговой характеристики.

4. 1.4. Построение и анализ тяговой характеристики

Рисонок 3-Теоретическая тяговая характеристика трактора.

Анализ тяговой характеристики.

1. На второй передаче получено максимальное значение тяговой мощности и тягового КПД, при этом Р_кр=38.65 кН и V=7.5 км/ч (эти значения называются оптимальными); для данного класса машин Р_кр=40 кН. Объяснением уменьшения или увеличения тягового усилия при изменении номера передачи является изменение соотношения двух видов потерь энергии при работе движителей: на перекатывание и буксование, поскольку потери энергии в трансмиссии приняты постоянными.

2. Определим коэффициент запаса тягового усилия К_з на одной из передач.

.                                                                                          (19)

Коэффициент запаса тягового усилия К_з важный показатель степени совершенствования машины, соответствия её функциональному назначению. Из условия проходимости коэффициент запаса тягового усилия К_з должен быть равным или больше единицы.

3 .На первой передаче при максимальной перегрузке невозможно полностью загрузить двигатель из-за недостаточного сцепления гусеницы с почвой, т. к. буксование превышает предельное. Поэтому необходимо перенести часть веса навесной машины на трактор.

4. Уменьшение тягового усилия на всех передачах приведёт к увеличению удельного расхода на 78…106 г/(кВт∙ч). Это объясняется уменьшением относительной топливной экономичности двигателя и уменьшения тягового КПД.

5. При заданном усилии трактора равном 23 кН трактор наиболее целесообразно использовать на третьей передачи, при этом скорость движения будет равной 9 км/ч, буксование равно 2%, часовой расход топлива 22 кг/ч.

При заданном усилии трактора равном 27 кН трактор наиболее целесообразно использовать на второй передачи, при этом скорость движения будет равной 7,5 км/ч, буксование равно 2%, часовой расход топлива 21 кг/ч.

Подберём с.х. машину для обработки почвы подготовленной под вспашку. Это будет плуг для вспашеи почвы ПЛН-10-35, подсчитаем сопротивление плуга этой марки:

, кН

Познавательные статьи:



Организация работы процедурного кабинета

Статус республик в составе РФ

Понятие финансов, их функции и особенности

Сущность демографической политии