Тягово-сцепные свойства и топливная экономичность трактора

1ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА И ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТРАКТОРА

Тягово-сцепные свойства определяются при тяговом расчете  трактора. При этом рассматриваются  основные показатели трактора: тяговое  усилие на основных передачах, масса, расчетные  скорости движения и требуемая мощность двигателя.

При выполнении указанных  расчетов нужно исходить из заданного  тягового класса трактора. Класс трактора характеризуется величиной номинальной  силы тяги Р_н, которую он должен развивать на крюке, работая на стерне нормальной влажности (8...22%) и средней твердости (1...1,5МПа) на горизонтальных участках чернозема или суглинка. При этом буксование движителей не должно выходить за допустимые пределы и трактор должен, соответственно, иметь достаточно высокий тяговый КПД. У колесных тракторов допускается в этих условиях буксование движителей 15...18%, у гусеничных - 3...5%. Тяговый КПД у колесных тракторов 4К4 должен быть не ниже 65...68%.

Исходя из этого в  последовательном  порядке определяются:

 

1. Тяговый диапазон трактора, т.е. отношение его номинальной силы тяги на крюке P_н к минимальной силе тяги P_{кр min}, с которой он может быть рационально использован. Величина тягового диапазона подсчитывается по формуле:

 

=1,25 6/4=1,875;

 

где: P’_н - номинальная сила тяги, установленная для тракторов предыдущего тягового класса, кН; e - коэффициент расширения тяговой зоны трактора.

Расчетная номинальная  сила тяги на крюке трактора при  принятых условиях работы на стерне:

=6/1,875=3,2 кН;

Зная пределы тяговых  усилий на крюке, с которыми раcсчитываемый трактор должен работать, можно подобрать к нему применительно к тем или иным зональным условиям соответствующий набор сельскохозяйственных машин.

1.2. Масса трактора. Различают: конструктивную массу m₀, т.е. массу трактора в незаправленном состоянии, без тракториста, и инструмента, дополнительного оборудования и балласта;

-минимальную эксплуатационную массу m_min, равную конструктивной плюс масса заправочных материалов и масса тракториста, кг;

- максимальную эксплуатационную  массу m_max, равную m_min плюс балласт того или иного типа, который может быть применен для увеличения сцепного веса (обычно у колесных тракторов 4к2), кг.

С достаточной для  учебных расчетов точностью можно  принимать, что минимальная эксплуатационная масса трактора:

                         =(1,05…1,1) =1,1 1560=1716 кг;

Конструктивная масса трактора-прототипа Беларус-320 m₀=1560 кг. Максимальная эксплуатационная  масса трактора выбирается с таким расчетом, чтобы при работе в соответствующих условиях с номинальной нагрузкой на крюке сцепной вес (т.е. вес, приходящийся на ведущие колеса) трактора был достаточен для обеспечения допустимого буксования гусениц (ведущих колес). Подсчет максимальной эксплуатационной массы производится для колесного трактора 4К4 по формуле:

                       =6000/9,81(0,6-0,12)=1274,2 кг; 

  где: j_кдоп - допустимая величина коэффициента использования сцепного веса трактора; l_к - коэффициент нагрузки ведущих колес; f - коэффициент сопротивления качению; g - ускорение свободного падения, м/с².

При дальнейших расчетах принимаем массу трактора 1716 кг.

1.3.Номинальные скорости движения.

Выбор основных скоростей движения (основных передач) должен быть увязан с принятым диапазоном тяговых усилий на крюке и с требованиями агротехники в отношении допустимых скоростей работы на различных сельскохозяйственных операциях.

На этих скоростях  выполняется большинство сельскохозяйственных операций. Обычно число скоростей (передач) Z не превышает 5…6, в нашем случае 4 передачи.

Значение низшей основной скорости v_н1 и число Z основных скоростей указываются в задании.

Отношение высшей основной скорости v_нZ к низшей v_н1 определяет диапазон номинальных основных скоростей трактора d_vосн, т.е.:

 

 ;

                                      

где: i_тр1 и i_тр(z) - передаточные числа трансмиссии трактора соответственно на низшей и высшей основных передачах.

Скорость v_н1 должна обеспечивать полную нагрузку двигателя на номинальную величину М_н крутящего момента при работе трактора с номинальной силой тяги на крюке P_н. Эксплуатационная масса при этом должна быть максимальной m_max.

Скорость v_нZ должна применяться при работе с минимальной силой тяги на крюке P_крmin= P_н/ _т, на которую рассчитан трактор. В этом случае достаточно иметь минимальную эксплуатационную массу m_min и может быть допущена загрузка двигателя на величину g_дmin=0,85...0,9. КПД трансмиссии h_тр принимается для обычно рассматриваемых вариантов работы одинаковым.

                         ;

Учитывая, что  значительно больше , величина скоростного диапазона может быть подсчитана по формуле:

                         ;                                 

При предварительных  расчетах ряд основных скоростей  универсально-пропашных тракторов  строится по принципу геометрической прогрессии, знаменатель которой q. Полученный в этом случае ряд называется геометрическим. Он имеет вид:

;

Перемножив полученное выражение и определим, что:

В задании указывается  численное значение первой основной скорости V_н1; остальные основные скорости подсчитываются, исходя из установленного значения q знаменателя геометрического ряда, т.е. V_н2=V_н1×q, V_н1×q² и т.д.

 

                         V _н2=V _н1 q=0,32 1,168=0,37 м/с;

                         V _н3=V _н2 q= V _н1 q² =0, 32 1,168²=0,44 м/с;

                         V _н4=V _н3 q=0,32 1,168³=0,51 м/с;

                        

При выполнении тягового расчета номинальная величина высшей транспортной скорости V_нmax берется по заданию. Если транспортных скоростей две, то промежуточная транспортная скорость V¢_н определяется из соотношения между высшей транспортной и высшей основной скоростями и должна находиться в пределах:

 

                   

=1,94…3,96 м/с;

 

Окончательно ряд скоростей  корректируется при кинематическом расчете трансмиссии трактора.

 

1.4 Номинальная  мощность двигателя, устанавливаемого  на тракторе

Под номинальной мощностью  понимается максимальное (расчетное) значение мощности, которое двигатель реализует при номинальной частоте вращения коленчатого вала.

Подсчет номинальной  мощности двигателя N_н производится по формуле:

     = =3,62 кВт;

 где h_тр - КПД трансмиссии на 1-ой основной передаче;

g_дmin - коэффициент эксплуатационной нагрузки двигателя. Коэффициент g_дmin принимается равным 0,85...0,9.

При определении КПД  трансмиссии нужно учитывать  потери, возникающие при передаче нагрузки, и потери холостого хода. В соответствии с этим:

                         ;                                   

 

h_х=0,95…0,97; =0,03…0,05; h_ц и h_к - соответственно КПД цилиндрической и конической пар шестерен; h_ц =0,98...0,99, h_к=0,97...0,98; n_ц и n_к - число соответствующих пар шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче.

 

 

 

 

 

Таблица 1-Результаты тягового расчета

	Масса трактора, кг				Расчетные скорости, м/с						Номинальная мощность двигателя  , кВт
					Основные				Транспортные
					1	2	3	4	1	2
1,875	1560	1274	1716	1,594	0,32	0,37	0,44	0,51	2,9	7,4	3,6

 

1.5 Тяговая характеристика трактора

На тяговой характеристике наносится ряд кривых, показывающих, как в заданных почвенных условиях меняются в зависимости от тягового усилия P_кр на крюке основные показатели трактора - буксование d ведущих колес (гусениц), действительные скорости V движения, мощность N_кр на крюке, удельный (крюковой) расход топлива g_кр и тяговый КПД h_тяг, т.е.:

                 d=f(P_кр),  V=f(P_кр),  N_кр=f(P_кр),  g_кр=f(P_кр),  h_тяг=f(P_кр) ;

При выполнении курсовой работы по данной теме тяговая характеристика строится только применительно к  основным передачам трактора на почвенном  фоне (поле, подготовленное под посев  или стерне колосовых), указанном  в задании.

 

1.5.1 Определение передаточных чисел трансмиссии трактора и уточнение его расчетных скоростей движения

Кинематическая схема  трансмиссии проектируемого трактора выбирается по трактору-аналогу того же тягового класса исходя из примерных  кинематических схем трансмиссий тракторов (см. приложение).

Тогда передаточное число  трансмиссии трактора:

i_тр=i₀×i_кж

где: i₀ - передаточное число главной и конечной передачи, выбирается из ряда (15...25). С целью исключения значительных расхождений, выбранная величина сравнивается с прототипом; i_к - передаточное число коробки на соответствующей передаче.

Передаточные числа  коробки передач на соответствующей  передаче (i_к1, i_к2 и т.д.), необходимые для получения основных расчетных скоростей движения (V_н1, V_н2 и т.д.), выбранных по предыдущему расчету, определяются из условия:

                                 ;

i₀ = 18,2.

i_к1 = 0,445·(3,14·3000) / (30·18,2·0,32) =23,993

i_к2 = 0,445·(3,14·3000) / (30·18,2·0,37) =20,540

i_к3 = 0,445·(3,14·3000) / (30·18,2·0,44) =17,584

i_к4 = 0,445·(3,14·3000) / (30·18,2·0,51) =15,054

Определяем передаточные числа трансмиссии трактора на соответствующих  передачах:

 

i_тр1  = i₀  × i_к1 = 18,2 · 23,993=436,664

i_тр2  = 18,2 ·20,540= 373,830

i_тр3  = 18,2 · 17,584=320,037

i_тр4  = 18,2 · 15,054=273,985

 

где: n_н - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1 (значение n_н указывается в задании по теме); r_к - радиус ведущей звездочки гусеницы (ведущих колес трактора), м. Принимается из технических данных для тракторов аналогичного типа и того же тягового класса, что и рассчитываемый. Радиус ведущих колес трактора, уточняется после расчета опорных реакций на колеса исходя из их величины и установленного давления в шинах.

Далее разрабатывается  принципиальная кинематическая схема трансмиссии, в таблице указывается, какие шестерни находятся в зацеплении на каждой из расчетных передач и подбираются для них числа зубьев в соответствии с требуемыми передаточными числами. Округленные числа зубьев шестерен и уточненные значения i_тр и V_н заносятся в таблицу 2.

Таблица 2- Передаточные числа трансмиссии

Передачи	Основные				Транспортные
	I	II	III	IV	I	II
Шестерни коробки передач, находящиеся  в зацеплении
Передаточные числа iк	23,993	20,540	17,584	15,054	2,604	1,038
Общее передаточное число  iтр=i0×iк	436,664	373,830	320,037	273,985	47,386	18,883
Расчетные скорости трактора Vн, м/с	0,32	0,37	0,44	0,51	2,9	7,4

 

 

 

 

 

 

    1.5.2 Построение  теоретических характеристик двигателя

          С целью последующего тягового расчета строится теоретическая регуляторная характеристика дизеля Исходными данными для ее построения являются: номинальная мощность N_eн   в кВт, номинальная частота вращения n_н в мин^-1, удельный g_{e н} в г /(кВт×ч) и часовой G_{Т н} в кг/ч расходы топлива на номинальном режиме работы двигателя

Характеристики строятся при настройке всережимного регулятора дизеля на максимальную подачу топлива. Примеры оформления графиков и расположения масштабных шкал приведены на рис. 1, 2, и 3. При выборе масштабов необходимо стремиться сохранить на графиках подобное расположение кривых (рекомендуется ГОСТ-ми на испытание автотракторных двигателей).

 

Теоретическая регуляторная характеристика дизеля.