Тяговый расчет трактора

Тяговые показатели трактора и эффективность его использования в сельскохозяйственном производстве в соответствии с назначением и условиями эксплуатации зависят от правильного выбора основных параметров: веса (массы), мощности и типа регуляторной характеристики двигателя, передаточных чисел трансмиссии. При выполнении тягового расчета трактора производятся: расчет основных параметров трактора; расчет и построение регуляторной характеристики двигателя, потенциальной и теоретической тяговых характеристик трактора; анализ его основных эксплуатационных свойств. Все расчеты проводятся в Международной системе единиц измерения физических величин.

Теория тракторов и автомобилей - это наука, представляющая собой систему основных знаний, обобщающих и отражающих объективные закономерности изучения эксплуатационных качеств и свойств трактора и автомобиля; о методах их изучения и определения, а так же о способах влияния и совершенствования этих качеств и свойств. В связи с быстрым ростом уровня механизации сельскохозяйственного производства и расширения сферы применения автотранспорта, требования, предъявляемые к эксплуатационным качествам тракторов и автомобилей непрерывно развивается и дифференцируются в зависимости от назначения машины и условий ее использования. Чтобы иметь возможность оценивать влияние отдельных эксплуатационных качеств на общую эффективность машины, нужно установить объективные, научно обоснованные измерители этих качеств и методику их определения.

1. Исходные данные

К основным исходным данным на проектируемый трактор относятся:

1. Тип (прототип) трактора - ДТ-75М, гусеничный.

2. Тяговый класс и номинальное тяговое усилие, к тяговому классу 3 относится трактор ДТ-75М, номинальное тяговое усилие у которого равно Р_н = 3 тс 30 кН, выраженной в тоннах силы (1 тс = 1_*g кН 9,81 кН 10 кН, где g - ускорение свободного падения).

Номинальное тяговое усилие трактора - это такое максимальное тяговое усилие, при котором движущийся по стерне зерновых культур (при нормальной плотности и влажности почвы) трактор имеет наибольший или близкий к нему тяговый к.п.д. при условии, что потери на буксование движителя (коэффициент буксования) не превышают допустимых по агротехническим требованиям пределов _н.доп (тракторы: гусеничные – 3...5 %;). Номинальное тяговое усилие Р_н является правой границей рабочего интервала тяговых усилий трактора.

3. Номинальная скорость движения V_н =8,0 км/ч. Это скорость движения трактора, соответствующая номинальному тяговому усилию Р_н.

4. Число основных, рабочих передач - z=4.

5. Число транспортных передач - м=2.

6. Агрофон поля: стерня зерновых, средне-суглинистый чернозем.

7. Максимальная транспортная скорость движения трактора

V_макс=17,5 км/ч.

8. Номинальная частота вращения вала двигателя n_н=1780 об/мин.

9. Номинальный удельный расход топлива двигателем g_ен=245г/кВт*ч.

2. Вес и номинальная мощность двигателя

Конструктивный (сухой) вес G_о - вес трактора в не заправленном состоянии, без тракториста, инструмента, дополнительного оборудования и балласта.

Минимальный эксплуатационный вес G_мин, равный конструктивному весу плюс вес заправочных материалов, инструментов и тракториста. Минимальный эксплуатационный вес G_мин в среднем на 7...11 % больше конструктивного G_о:

G_мин (1,07...1,11)G_о. (1)

Максимальный эксплуатационный вес G_макс, равный минимальному эксплуатационному весу плюс вес балласта G_б:

G_макс = G_мин+ G_б. (2)

Балласт применяется для увеличения сцепного веса (нагрузки на ведущие колеса, движитель) G_сц тракторов с целью повышения их тягово-сцепных свойств (уменьшения коэффициента буксования и увеличения силы сцепления Р). При установке балласта на ведущих колесах его вес можно определить по формуле:

G_б = _к(G_макс - G_мин), (3)

где _к - коэффициент нагрузки ведущих колес:

_к = G_сц/G;

G - эксплуатационный вес трактора - общее обозначение.

Конструктивный вес трактора G_о надо стремиться снижать до минимума с учетом технических возможностей и экономической целесообразности. С уменьшением конструктивного веса снижается металлоемкость, затраты мощности на передвижение трактора, особенно на транспортных работах. Однако с уменьшением конструктивного веса возрастает стоимость трактора в связи с применением более прочных материалов и совершенных технологий. Более или менее точно конструктивный вес может быть определен только при реальном проектировании. При выполнении курсовой работы величину его следует принимать, ориентируясь на тракторы того же класса и уровень их энергонасыщенности.

Расчетный максимальный эксплуатационный вес G_макс.р трактора определяют исходя их того, чтобы при работе на стерне зерновых культур при нормальной влажности и плотности почвы с номинальной нагрузкой на крюке Р_н он обеспечивал не превышение допустимого уровня буксования движителей _доп. Для аппроксимации зависимости коэффициента буксования трактора от развиваемого им тягового усилия можно использовать следующую, полученную на основании обработки большого количества опытных данных, зависимость:

= ln[A/(_m - _кр)]/B, (4)

где _m, А, - коэффициенты, полученные при математической обработке опытных данных - таблица 1;

_кр - коэффициент использования сцепного веса трактора:

_кр = Р_кр/G_сц. (5)

Таблица 1. Коэффициенты: сопротивления качению тракторов и функции аппроксимации кривой буксования = ln[A/(_m - _кр)]/B

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

_кр.н = _m - Аехр(- _доп). (6)

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

По полученному значению _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/_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 _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:

_н = (Р_н + Р_f)V_н/(_трвуим), (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;

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

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

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

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

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

_тр = _х1ⁿ¹₂ⁿ², (9)

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

₁, ₂ - к.п.д. соответственно цилиндрической и конической пар шестерен: ₁ = 0,985; ₂ = 0,975;

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

_тр = 0,96·0,9854·0,9751=0,88;

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

Принимаем: _н = 136 л.с.=100 кВт.

Далее оценивают удельную массу трактора по формуле:

m_уд^* = 10G_o^*/(N_нg), кг/кВт,

m_уд^* = 10·46/(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

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 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:

_н = _тр + + _f + _кр, (10)

где _тр - мощность, теряемая в трансмиссии:

_тр = _н(1 - _тр); (11)

_тр = 100·(1 - 0,88)=12 кВт;

- мощность, затрачиваемая на буксование движителей:

= _к; (12)

- коэффициент буксования;

_к - мощность, подводимая к ведущим колесам:

_к = _нтр; (13)

_к = 100·0,88=88,0 кВт;

= 88,0 ·0,05=4,4 кВт;