Вес и номинальная мощность двигателя 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. 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 Рн = 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 d (коэффициент буксования) не превышают допустимых по агротехническим требованиям пределов dн.доп (тракторы: гусеничные – 3...5 %; ). Номинальное тяговое усилие Рн является правой границей рабочего интервала тяговых усилий трактора. 3. Номинальная скорость движения Vн =8, 0 км/ч. Это скорость движения трактора, соответствующая номинальному тяговому усилию Рн. 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 Vмакс=17, 5 км/ч. 8. Номинальная частота вращения вала двигателя nн=1780 об/мин. 9. Номинальный удельный расход топлива двигателем gен=245г/кВт*ч. Вес и номинальная мощность двигателя Конструктивный (сухой) вес Gо - вес трактора в не заправленном состоянии, без тракториста, инструмента, дополнительного оборудования и балласта. Минимальный эксплуатационный вес Gмин, равный конструктивному весу плюс вес заправочных материалов, инструментов и тракториста. Минимальный эксплуатационный вес Gмин в среднем на 7...11 % больше конструктивного Gо:   Gмин» (1, 07...1, 11)Gо. (1) Максимальный эксплуатационный вес Gмакс, равный минимальному эксплуатационному весу плюс вес балласта Gб:   Gмакс = Gмин+ Gб. (2)   Балласт применяется для увеличения сцепного веса (нагрузки на ведущие колеса, движитель) Gсц тракторов с целью повышения их тягово-сцепных свойств (уменьшения коэффициента буксования d и увеличения силы сцепления Рj). При установке балласта на ведущих колесах его вес можно определить по формуле:   Gб = lк(Gмакс - Gмин), (3)   где lк - коэффициент нагрузки ведущих колес:   lк = Gсц/G;   G - эксплуатационный вес трактора - общее обозначение. Конструктивный вес трактора Gо 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 Gмакс.р трактора определяют исходя их того, чтобы при работе на стерне зерновых культур при нормальной влажности и плотности почвы с номинальной нагрузкой на крюке Рн он обеспечивал не превышение допустимого уровня буксования движителей dдоп. Для аппроксимации зависимости коэффициента буксования трактора от развиваемого им тягового усилия можно использовать следующую, полученную на основании обработки большого количества опытных данных, зависимость:   d= ln[A/(jm - jкр)]/B, (4)   где jm, А, B - коэффициенты, полученные при математической обработке опытных данных - таблица 1; jкр - коэффициент использования сцепного веса трактора:   jкр = Ркр/Gсц. (5)   Таблица 1. Коэффициенты: сопротивления качению тракторов и функции аппроксимации кривой буксования d= ln[A/(jm - jкр)]/B Тип трактора Агрофон, механический состав почвы f*10-2 Коэффициенты А В jm Гусеничный	Стерня, тяжелый суглинок	6…8	0, 80	73, 0	0, 75
Стерня, средний суглинок	6 … 8	0, 75	47, 6	0, 67
ППП, суглинок	9…12	0, 68	30, 3	0, 62
Пояснения: тип почвы - чернозем; ППП – поле, подготовленное под посев; *) – тракторы с неодинаковыми задними и передними колесами; **) – тракторы с одинаковыми колесами (пахотные)

 

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.

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.

Список литературы

 

1. Чудаков Д.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Колос. 1972. - 384 с.

2. Скотников В.А. и др. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат. 1986. - 383 с.

3. Тракторы. Теория. Под общ. ред. Гуськова В.В.. - М.: Машиностроение, 1988. - 376 с.

4. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов. - М.: Машиностроение, 1976. – 456 с.

5. Долматовский Ю.А. и др. Тракторы и автомобили: Краткий справочник. - М.: Колос, 1966. - с.

6. Тяговые характеристики сельскохозяйственных тракторов: Альбом-справочник. - М.: Россельхозиздат. 1979. - 240 с.

7. Барсуков А.Ф., Еленев А.В. Справочник по сельскохозяйственной технике. - М.: Колос, 1981. - 463 с.

8. Ходовые системы тракторов: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1986. - 271 с.

9. Регулировки тракторов: Справочник под общ. ред. проф. Н.С. Горбунова. - Л.: Колос, 1979.

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.

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 d (коэффициент буксования) не превышают допустимых по агротехническим требованиям пределов d_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.

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 d и увеличения силы сцепления Р_j). При установке балласта на ведущих колесах его вес можно определить по формуле:

 

G_б = l_к(G_макс - G_мин), (3)

 

где l_к - коэффициент нагрузки ведущих колес:

 

l_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 d_доп. Для аппроксимации зависимости коэффициента буксования трактора от развиваемого им тягового усилия можно использовать следующую, полученную на основании обработки большого количества опытных данных, зависимость:

 

d= ln[A/(j_m - j_кр)]/B, (4)

 

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

j_кр - коэффициент использования сцепного веса трактора:

 

j_кр = Р_кр/G_сц. (5)

 

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

Тип трактора	Агрофон, механический состав почвы	f*10-2	Коэффициенты
			А	В	jm

Гусеничный

Стерня, тяжелый суглинок 6…8 0, 80 73, 0 0, 75 Стерня, средний суглинок 6 … 8 0, 75 47, 6 0, 67 ППП, суглинок 9…12 0, 68 30, 3 0, 62

Пояснения: тип почвы - чернозем; ППП – поле, подготовленное под посев; ^*) – тракторы с неодинаковыми задними и передними колесами; ^**) – тракторы с одинаковыми колесами (пахотные)

 

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.

Поделиться: