Трактора и автомобили

 

Решение выражения (4) относительно j_кр позволяет задавшись допустимой величиной коэффициента буксования d_доп определить соответствующее ему значение коэффициента использования сцепного веса j_кр.н трактора:

 

j_кр.н = j_m - Аехр(- Bd_доп). (6)

j_кр.н = 0,67 - 0,75 ехр(- 47,6·0,05)=0,6.

 

По полученному  значению j_кр.н и известному значению номинального тягового усилия трактора P_н в соответствии с (5) можно определить требуемое значение сцепного веса трактора G_сц и его расчетный максимальный эксплуатационный вес G_макс.р.

Для колесных с колесной формулой 4К4 и гусеничных тракторов сцепной вес равен эксплуатационному весу G_сц = G, поэтому получим:

 

G_макс.р = Р_н/j_кр.н=30/0,6=50кН. (7)

 

Если  эксплуатационный вес трактора G будет меньше, чем расчетный максимальный эксплуатационный вес G_макс.р, то буксование при номинальном тяговом усилии будет превышать допустимый уровень d_доп.

После определения  G_макс.р следует оценить значение конструктивного веса трактора G_о^*:

 

G_о^* » G_макс.р/(1,07...1,11)=50/(1,07...1,11)=46,7…45 кН.

G_о^* = 46 кН.

 

Номинальная (максимальная) мощность двигателя находится из условия реализации заданной номинальной скорости движения V_н при номинальном тяговом усилии Р_н трактора по формуле:

 

N_н = (Р_н + Р_f)V_н/(h_трh_вуh_dh_им), (8)

 

где Р_f - сила сопротивления качению:

 

Р_f = fG_макс.р;

 

где f - коэффициент сопротивления качению, f= 0,07;

 

Р_f = 0,07·50 = 3,50 кН;

V_н=8,0 км/ч = 2,22 м/с;

 

h_тр - механический к.п.д. силовой передачи (трансмиссии);

h_ву - к.п.д. ведущего участка движителя гусеничного трактора, следует принимать h_ву. = 0,97;

h_d - коэффициент, учитывающий потери от буксования движителя (для гусеничных тракторов h_d = 0,95, d = 5 %;

h_им - коэффициент использования номинальной мощности двигателя, учитывающий резервирование мощности на трогание с места и преодоление дополнительных сил сопротивления движению, h_им= 0,92.

При определении к.п.д. трансмиссии следует использовать эмпириоаналитическую формулу:

 

h_тр = h_хh₁ⁿ¹h₂ⁿ², (9)

 

где h_х - к.п.д. «холостого хода» трансмиссии, h_х = 0,96;

h₁, h₂ - к.п.д. соответственно цилиндрической и конической пар шестерен: h₁ = 0,985; h₂ = 0,975;

n₁, n₂ - число пар соответственно цилиндрических и конических шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче. n₁=4, n₂ = 1.

 

h_тр = 0,96·0,9854·0,9751=0,88;

N_н = (30+ 3,5)·2,22/(0,88·0,97·0,95·0,92)=99,69 кВт=135,6 л.с.

 

Принимаем: N_н = 136 л.с.=100 кВт.

Далее оценивают  удельную массу трактора по формуле:

 

m_уд^* = 10³G_o^*/(N_нg), кг/кВт,

m_уд^* = 10³·46/(100·9,81)= 46,9 кг/кВт.

 

Затем следует  проанализировать и при необходимости  скорректировать полученное значение удельной массы m_уд^* с учетом этого показателя у трактора-прототипа, других тракторов, учесть тенденции развития тракторостроения (см. табл. 2). Принятое после корректировки значение удельной массы обозначим m_уд.

 

 

Таблица 2. Удельная масса тракторов m_уд в зависимости от номинальной скорости движения, кг/кВт

Тип трактора	Номинальная скорость движения Vн м/с (км/ч)
	1,0…1,4 (3,5…5,0)	1,4…2,5 (5,0…9,0)	2,5 (9,0)
гусеничный	120…135	82…110	55…95

Принимаем: m_уд^*=90 кг/кВт,

 

После этого следует уточнить значения конструктивного G_о и минимального эксплуатационного веса (1).

 

G_о = 10^-3m_удN_нg

G_о =0,001·90·100·9,81=88,3 кН;

G_мин ≈(1,07…1,11)· G_о =(1,07…1,11)·88,3=94,5…98 кН.

 

G_мин ³ G_макс.р, то эксплуатационный вес трактора принимают равным G = G_мин=96

Принимаемое в дальнейших расчетах значение эксплуатационного  веса трактора для упрощения записей  будем обозначать G.

 

3. Баланс мощности  и потенциальная тяговая характеристика

 

При расчете баланса мощности принимают идеальные предпосылки  в использовании трактора:

- автоматическое и бесступенчатое  изменение передаточного числа  трансмиссии, и, следовательно,  тягового усилия и скорости  движения;

- загрузка двигателя постоянна,  не зависит от тягового усилия  и соответствует номинальному  режиму;

- к.п.д. трансмиссий и сила сопротивления перекатывания остаются постоянными и не зависят от нагрузочного и скоростного режима работы трактора;

- трактор движется равномерно  по горизонтальному участку.

При принятых условиях уравнение  баланса мощности имеет вид:

 

N_н = N_тр + N_d + N_f + N_кр, (10)

 

где N_тр - мощность, теряемая в трансмиссии:

 

N_тр = N_н(1 - h_тр); (11)

N_тр = 100·(1 - 0,88)=12 кВт;

 

N_d - мощность, затрачиваемая на буксование движителей:

 

N_d = N_кd; (12)

 

d - коэффициент буксования;

N_к - мощность, подводимая к ведущим колесам:

 

N_к = N_нh_тр; (13)

N_к = 100·0,88=88,0 кВт;

N_d = 88,0 ·0,05=4,4 кВт;

 

N_f - мощность, затрачиваемая на перекатывание трактора:

 

N_f = Р_fV; (14)

 

V - рабочая (действительная) скорость движения трактора:

 

V = V_т(1 - d) = V_тh_d; (15)

 

h_d - к.п.д. буксования:

h_d = 1- d; (16)

h_d = 1- 0,05=0,95

V_т - теоретическая (без учета буксования) скорость движения трактора:

 

V_т = N_к/Р_к = N_к/(Р_кр + Р_f); (17)

V_т = 88/66,7=1,32 м/с;

V = 1,32·(1 - 0,95) = 1,25м/с;

N_f =6,7·1,25=8,38 кВт;

 

Р_кр - тяговое усилие, развиваемое трактором;

Р_к - касательная сила тяги:

 

Р_к = Р_кр+ Р_f; (18)

Р_кр = j_крG. (19)

Р_кр =0,6·96 =57,6 кН;

Р_к = 57,6 + 6,7=64,3 кН;

 

N_кр - тяговая мощность (мощность на крюке) трактора:

 

N_кр = Р_крV

N_кр = 57,6 ·1,25=72,0 кВт;

N_н = 12 + 4,4 + 8,38 + 72 = 99,88 ≈ 100 кВт.

 

Удельного тягового расхода топлива g_кр:

 

g_кр = 10³G_тн/N_кр = g_енN_н/N_кр = g_ен/h_т, (21)

 

где G_тн - номинальный часовой расход топлива двигателем;

h_т - тяговый к.п.д. трактора.

 

h_т = N_кр/N_н = h_трh_вуh_dh_f, (22)

 

h_f - к.п.д. перекатывания:

 

h_f = Р_кр/Р_к = Р_кр/(Р_кр+ Р_f) = (Р_к- Р_f)/Р_к; (23)

h_f =60/66,7=0,90;

h_т = 0,88·0,97·0,95·0,90 = 0,73;

G_тн = (g_ен· N_н)/1000; (24)

G_тн = (245· 100)/1000 = 24,5 кг/ч;

g_кр = 245/0,73 = 335,62 г/кВт*ч.

 

Остальные показатели рассчитываются по приведенным выше формулам. Из графика  баланса мощности и потенциальной  тяговой характеристики следует, что  трактор может работать с высокой  степенью использования мощности двигателя  на крюке, с высокими значениями тягового к.п.д., низким удельным тяговым расходом топлива только в определенном интервале тяговых усилий. Чем больше отклонения от этого интервала, тем больше суммарные непроизводительные затраты мощности на механические потери в трансмиссии, перекатывание и буксование движителей трактора.

Таблица 3. Баланс мощности и потенциальная тяговая характеристика трактора Д-37

Показатель	Результаты  расчетов
jкр*)	0	0,10	0,20	0,30	0,40	0,45	0,50	0,55	0,60	0,65	0,669
d, %	0,2	0,5	0,9	1,5	2,2	2,6	3,1	3,9	5,0	7,6	13,9
Pкр, кН	0	9,6	19,2	28,8	38,4	43,2	48,0	52,8	57,6	62,4	64,2
Pк, кН	6,7	16,3	25,9	35,5	45,1	49,9	54,7	59,5	64,3	69,1	70,9
Vт, м/с	13,1	5,4	3,4	2,5	1,9	1,76	1,6	1,5	1,4	1,3	1,2
Vд, м/с	13,7	5,37	3,37	2,46	1,86	1,71	1,55	1,44	1,33	1,20	1,03
Vд, км/ч	47,05	19,33	12,13	8,86	6,70	6,3	5,58	5,18	4,79	4,32	3,71
Nd, кВт	0,176	0,440	0,792	1,320	1,936	2,288	2,728	3,432	4,400	6,688	12,232
Nf, кВт	87,57	35,98	22,58	16,48	12,46	11,73	10,39	9,65	8,91	8,04	6,90
Nкр, кВт	0	51,6	64,7	70,8	71,4	73,9	74,4	76,0	76,6	74,9	66,1
gкр,г/кВтч	¥	474,8	378,7	346,1	343,1	331,5	329,3	322,4	319,8	327,1	370,7
hтяг 1	0	0,516	0,647	0,708	0,714	0,739	0,744	0,760	0,766	0,749	0,661
hтяг 2	0	0,516	0,647	0,708	0,714	0,739	0,744	0,760	0,766	0,749	0,661
Nн = 100 кВт; hтр = 0,88; Nк = 88 кВт; G = 96 кН; f = 0,07; Pf = 6,7 кН; Gтн = 24,5 кг/ч

 

Анализ графика баланса  мощности и потенциальной тяговой  характеристики трактора Т-4А График баланса мощности показывает, как  изменяются все составляющие уравнения  баланса мощности трактора в зависимости  от изменения тягового усилия Р_кр, которое может быть в пределах от Р_кр=0 (холостой ход) до максимально возможного по сцеплению движителя с почвой Р_крφ .

 

4. Тяговый диапазон  трактора

 

Тяговый диапазон трактора d_т представляет собой отношение номинального тягового усилия P_н, как правой границы рабочего интервала тяговых усилий, к минимальному тяговому усилию Р_мин - левой границе этого интервала:

 

d_т = P_н/Р_мин. (25)

 

Оценку  требуемого значения тягового диапазона  принято определять по формуле:

 

d_т = eР_н/Р_н¢, (26)

 

где Р_н,Р’_н - номинальные тяговые усилия тракторов, соответственно, рассчитываемого и предыдущего тяговых классов;

e - коэффициент расширения тяговой зоны трактора, e = 1,25...1,30.

 

Обычно  тяговый диапазон равен d_т = 1,6...1,8. Для тракторов, не имеющих предшествующего тягового класса принимают d_т = 2. Чем выше тяговый класс трактора, тем меньше значение d_т. Значение тягового диапазона d_т<1,6 и d_т>2 принимать не рекомендуется.

 

d_т = 1,27·30/20=1,905;

Р_мин = Р_н /d_т =30/1,905=15,75кН.

 

В рабочем  интервале тяговых усилий располагаются  основные рабочие передачи трактора.

 

5. Передаточные  числа трансмиссии

 

Диапазон передач должен охватывать скорости и тяговые усилия для всего разнообразия выполняемых  трактором работ. Различают три  группы передач.

1. Замедленные или вспомогательные передачи (технологические), на которых скорости движения ограничиваются условиями выполнения работ. Эти передачи используются, как правило, с ограниченным тяговым усилием Р £ Р_н и низкой тяговой мощностью. К ним относятся и передачи заднего хода.

2. Основные, рабочие передачи предназначены для выполнения основных сельскохозяйственных работ. Низшая рабочая передача обеспечивает получение номинального тягового усилия, определяемого тяговым классом трактора Р_н при скорости движения V_н. В рабочем интервале тяговых усилий используется 4…6 основных передач.

3. Транспортные передачи используются для выполнения транспортных работ, холостых переездов трактора и машинно-тракторных агрегатов.