Методика расчета эксплуатационных показателей МТА

Расчет эксплуатационных показателей МТА, которые указаны в задачах данной работы, проводят для каждого состояния почвы на заданных рабочих скоростях движения МТА по формулам (1.1… 1.30), используя данные технических характеристик тракторов.

Касательную силу на ведущих колесах (звездочках) трактора рассчитать по формуле:

, (1.1)

где P_к^н – номинальная касательная сила тяги трактора, кН;

N^н_е– номинальная эффективная мощность двигателя, кВт;

i_о – общее передаточное число трансмиссии;

η_мг – КПД трансмиссии и движителя;

r_к – радиус ведущего колеса (ведущей звездочки), м;

n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

КПД трансмиссии и движителя трактора рассчитать по формуле (1.2) или принять равным

, (1.2)

где η _ц, η _к, η _г– соответственно КПД пар цилиндрических, конических шестерен и гусеничной цепи;

m, n – количество пар цилиндрических и конических шестерен, находящихся в зацеплении при работе на данной передаче (определяется из кинематической схемы трансмиссии трактора).

Радиус колеса вычислить с учетом усадки шины по формуле:

, (1.3)

где r_o – радиус шины ведущего колеса, свободного от нагрузки, м (приложение 6);

К_ш – коэффициент усадки шины (К_ш= 0,95... 0,98).

Для гусеничных тракторов r_к равняется радиусу начальной окружности ведущей звездочки r₀.

Силу сцепления ходового аппарата трактора с почвой рассчитать по формуле:

, кН, (1.4)

где G_сц – сцепной вес трактора, кН;

μ – коэффициент сцепления ходового аппарата с почвой (приложение 2).

Сцепной вес гусеничных тракторов и колесных с двумя ведущими мостами при работе в составе МТА на горизонтальной местности равен весу трактора, а при наличии подъемов (склонов) вычислить по формуле:

, (1.5)

где m_тр – масса трактора, т;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

α – угол подъема (спуска), град. Для всех вариантов принять α=3°.

У колесных тракторов с одной ведущей осью сцепной вес при движении по склону:

. (1.6)

Движущую агрегат силу Р_дв для всех вариантов определяют с учетом работы МТА.

При достаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцепления Р_сцбольше номинальной касательной силы P_к^н (Р_сц P_к^н), движущая агрегат сила будет равна номинальной касательной, то есть:

Р_дв = P_к^н. (1.7)

При недостаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцеплении Р_сц меньше номинальной касательной силы P_к^н (Р_сц < P_к^н), движущая агрегат сила будет равна силе сцепления трактора, то есть:

Р_дв = P_сц. (1.8)

В этом случае при работе трактора в составе МТА мощность двигателя используется не полностью.

Таким образом, в зависимости от условий работы МТА величина движущей силы трактора находится в пределах:

P_к^н Р_двP_сц.

При недостаточном сцеплении, когда P_сц < P_к^н, потеря касательной силы тяги ∆Р _к будет равна:

∆Р _к= P_к^н – P_сц, кН. (1.9)

Усилие, затрачиваемое на передвижение трактора, рассчитать по формуле:

, кН, (1.10)

где f_тр – коэффициент сопротивления передвижению трактора (приложение 2).

Усилие, затрачиваемое на подъем (спуск) трактора Рα, определить по формуле:

, кН. (1.11)

Тяговое усилие трактора рассчитать из уравнения тягового баланса трактора в составе МТА по формуле:

, кН. (1.12)

Здесь возможны два варианта расчета усилия на крюке трактора:

1. Сцепление ходового аппарата трактора с почвой достаточно (поверхностный слой почвы прочный), т.е.

P_сц P_к^н и Р_дв = P_к^н,

тогда

, кН. (1.13)

2. Сцепление ходового аппарата трактора с почвой недостаточно. В этом случае

P_сц < P_к^н и Р_дв = P_сц,

тогда

, кН. (1.14)

Фактически используемая мощность двигателя, исходя из условий сцепления ходового аппарата трактора с почвой, может быть определена также по двум вариантам:

1. Достаточное сцепление

, (1.15)

2. Недостаточное сцепление

. (1.16)

Рабочую скорость движения МТА рассчитать по формуле:

, (1.17)

где V_р – рабочая скорость агрегата, м/с;

d – величина буксования движителей трактора, %.

Значение d, соответствующее P_кр^нна каждой передаче, берут из тяговой характеристики трактора, близкой к заданным почвенным условиям в соответствии с приложением 1.

Недоиспользуемую номинальную мощность двигателя определить:

1. При достаточном сцеплении движителей трактора с почвой

. (1.18)

2. При недостаточном сцеплении движителей трактора с почвой

. (1.19)

Рассчитать потери мощности в трансмиссии трактора. Здесь опять же возможны два случая:

1. При достаточном сцеплении

. (1.20)

2. При недостаточном сцеплении

. (1.21)

Потери мощности на передвижение трактора:

, кВт. (1.22)

Потери мощности на буксование трактора. В этом случае также необходимо рассмотреть два случая:

1. При достаточном сцеплении движителей трактора с почвой

, кВт. (1.23)

2. При недостаточном сцеплении

, кВт. (1.24)

Потери мощности на подъем трактора:

, кВт. (1.25)

Мощность на крюке трактора рассчитать из баланса мощности трактора:

1. При достаточном сцеплении

, кВт. (1.26)

2. При недостаточном сцеплении

, кВт. (1.27)

Потери крюковой мощности при недостаточном сцеплении движителей с почвой находят по выражению:

.(1.28)

Баланс мощности можно записать в двух вариантах:

, (1.29)

. (1.30)

1.3 Построение графиков тягового и мощностного
балансов МТА

График тягового баланса МТА (рис.1) строят для различных состояний поля (заданных типов агрофона и значений коэффициента сцепления μ) при работе на трех передачах. При построении графика тягового баланса следует по оси ординат отложить в данном масштабе все величины сил, составляющих тяговый баланс, и указать их в конкретных числах. В соответствующем масштабе на оси абсцисс отмечают значения коэффициента сцепления μ для каждого состояния поля (агрофона).

На рисунке 1 показан график тягового баланса МТА для условий достаточного сцепления (μ > 0,8) и недостаточного сцепления
(μ < 0,8). При достаточном сцеплении линия Р_сц будет проходить выше линии P_к^н, а при недостаточном сцеплении линия Р_сц будет расположена ниже линии P_к^н.

Для любого варианта должна быть установлена величина μ, при которой P_к^н = Р_сц. Для этой цели линии Р_сц и P_к^н должныбыть продлены до их пресечения и найдено искомое значение μ.

При построении графика баланса мощности в функции скорости движения МТА следует по оси ординат указать все величины, составляющие баланс мощности, отложить их в одном масштабе и указать конкретные значения. По оси абсцисс строятся шкалы действительных рабочих скоростей V_р движения МТА на заданных передачах.

На рисунке 2 показан пример графика баланса мощности агрегата. Потери мощности в трансмиссии N_тр почти не зависят от скорости движения МТА и ориентировочно считаются величиной постоянной. Мощность на самопередвижение МТА N_f составляет значительную величину, особенно при движении его на высоких скоростях.

Мощность, расходуемая на буксование N_б трактора, находится в обратной зависимости от скорости движения МТА. Мощность, затрачиваемая на преодоление трактором подъема N_a, прямо пропорциональна скорости движения МТА.