Лекция 3.4. Построение ттх колёсного трактора со ступенчатой механической трансмиссией

Тяговые и экономические свойства проектируемого трактора для любых режимов работы на горизонтальном участке пути при установившемся движении выясняются при построении так называемой тяговой характеристики, т.е. графика, по оси абсцисс которого отложены силы тяги на крюке , а по оси ординат – соответствующие значения мощности на крюке , буксования ведущих органов , действительной скорости поступательного движения трактора , и расхода топлива .

Тяговые характеристики получают двумя путями либо в процессе тяговых испытаний трактора и тогда она называется экспериментальной тяговой характеристикой, либо в результате расчётов и тогда она называется теоретической тяговой характеристикой (ТТХ).

3.4.1. Методика определения буксования движителей трактора как функции нагрузки на крюке, т.е. .

Кривую буксования строят по аналогии с экспериментальными кривыми, полученными при тяговых испытаниях тракторов такого же типа в заданных почвенных условиях, или по эмпирическим формулам.

Пусть имеется характеристика для какого-нибудь трактора одинакового с проектируемым трактором по конструктивному исполнению на заданном почвенном фоне (рис. 14).

Для построения кривой проектируемого трактора задаёмся любым значением и определяем величину касательной силы по уравнению тягового баланса , где - коэффициент сопротивления качению трактора на данном почвенном фоне; - вес трактора аналога. Зная величину , определяем коэффициент использования сцепного веса по формуле

.

Вводится допущение, что для тракторов одинаковой конструктивной схемы на одном и том же почвенном фоне при одном и том же значении величина буксования будет одна и та же. Тогда можно определить значение касательной силы тяги для проектируемого трактора, т.к. известно и (сцепной вес проектируемого трактора). По найденному значению определяем из уравнения тягового баланса

,

где - вес проектируемого трактора.

Откладываем на оси абсцисс и восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с прямой . Полученная точка пересечения является одной из точек кривой буксования . Задаваясь другим значением , и повторяя рассмотренный порядок построения, получаем вторую точку и т.д.

3.4.2. Расчёт параметров и построение теоретической тяговой характеристики (ТТХ) колёсного трактора со ступенчатой механической трансмиссией

Теоретическую тяговую характеристику представляют в виде графика, состоящего из верхней и нижней части ТТХ. На нижней половине, имеющей вспомогательное значение, наносят исходные параметры тракторного двигателя. Непосредственно тяговую характеристику строят в верхней половине графика.

На оси абсцисс верхней половины графика от начала координат (точка ) отложим в выбранном масштабе значения сил тяги на крюке (рис. 15). Начало координат нижней половины графика сместим влево от точки на расстояние, численно равное в том же масштабе силе сопротивления качению трактора в заданных почвенных условиях.

Допустим, что коэффициент сопротивления качению постоянен при всех режимах работы. Таким образом, отрезки , отложенные на оси абсцисс нижней половины графика, изображают касательные силы тяги .

Допустим также, что значение механического КПД трансмиссии на каждой передаче постоянно независимо от степени загрузки трактора.

При постоянном значении КПД трансмиссии касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя согласно формуле . Поэтому отрезки , отложенные на оси абсцисс нижней половины графика, соответствуют в выбранном масштабе значениям крутящих моментов двигателя. Масштаб зависит от передаточного числа трансмиссии; для каждой передачи он должен быть иным.

Построим масштабные шкалы крутящих моментов двигателя. Для этого определим касательные силы тяги на разных передачах при номинальном крутящем моменте двигателя. Отрезки, изображающие на оси абсцисс полученные значения касательных сил тяги, перенесём вниз и примем, что каждый из них представляет в своём масштабе номинальный крутящий момент двигателя . Аналогично находим на масштабных шкалах точки, соответствующие максимальному крутящему моменту двигателя .

В нижней половине графика строим кривые зависимости от величины крутящего момента двигателя его частоты вращения , эффективной мощности и часового расхода топлива . Для каждой передачи кривые строят по своей масштабной шкале моментов. Необходимые для построения данные берут из регуляторной характеристики двигателя.

Центр пучка кривых находится в начале координат , а вершины их лежат на горизонтали, ордината которой в принятом масштабе равна номинальной эффективной мощности двигателя . Центр пучка кривых расположен на оси ординат в точке, соответствующей частоте вращения вала двигателя при холостом ходе. Кривые берут начало на оси ординат в точке, соответствующей часовому расходу топлива при холостом ходе двигателя, а ордината горизонтальной прямой, проходящей через их вершины, в принятом масштабе равна максимальному часовому расходу топлива . Все кривые должны быть закончены при максимальных значениях крутящего момента двигателя .

В верхней половине графика, прежде всего, строим кривую буксования трактора по экспериментальным кривым (как было рассмотрено ранее) или по эмпирическим формулам.

После этого для каждой передачи строим кривые действительных скоростей движения трактора по формуле

.

Чтобы определить значения и , входящих в это уравнение, берём на оси абсцисс ряд точек и проводим через них вертикали до пересечения с кривой буксования в верхней половине графика и кривой , соответствующей рассматриваемой передаче в нижней половине графика. Подсчитав несколько значений , строим по ним в верхней половине графика кривую действительных скоростей трактора на данной передаче. Аналогично строят кривые действительных скоростей на любой передаче.

Если известна скорость движения трактора, работающего на рассматриваемой передаче с заданной силой тяги на крюке, то тяговую мощность можно рассчитать по формуле

.

С помощью этой формулы определяем значения тяговых мощностей для ряда значений . По полученным данным строим в верхней половине графика кривые тяговых мощностей на разных передачах.

Кроме того, на тяговой характеристике нанесём ещё кривые удельного расхода топлива , определяемого по формуле

,

где - часовой расход топлива, соответствующий работе трактора на данной передаче с тяговой мощностью .

Для определения значений проектируем рассматриваемую точку на кривую часового расхода топлива, построенную для данной передачи в нижней половине графика. Ордината полученной на кривой точки соответствует искомому значению часового расхода топлива. Такие графоаналитические расчёты проводим для нескольких точек, лежащих на кривых . По полученным данным в верхней половине графика строим кривые удельных расходов топлива на разных передачах.

3.4.3. Анализ ТТХ колёсного трактора со ступенчатой механической трансмиссией

Тяговая характеристика трактора является основной для правильного выбора параметров агрегатируемой с ним машины. С помощью тяговой характеристики выполняют теоретический анализ и оценивают потенциальные энергетические и технико-экономические показатели работы трактора в составе МТА.

Загрузка трактора влияет на производительность МТА и на удельный расход топлива. Она характеризуется степенью использования в эксплуатации потенциальных тягово-энергетических возможностей трактора.

При решении вопроса об эффективном использовании трактора в хозяйстве следует руководствоваться потенциальной тяговой характеристикой, а при выборе загрузки трактора на конкретной операции – тяговой характеристикой по передачам.

Наилучшим вариантом считают вариант, когда загрузка по силе тяги и по мощности близка к номинальной. Как видно из тяговой характеристики, в области этих значений трактор развивает максимальную тяговую мощность и работает с наименьшим расходом топлива .

В хозяйствах трактор агрегатируют, как правило, с орудиями, имеющими меньшее (а иногда и большее) тяговое сопротивление, чем номинальное тяговое усилие. Тогда трактор работает при пониженных значениях тягового КПД и показателей топливной экономичности в сравнении с максимальными по потенциальной тяговой характеристике. В этом случае необходимо, изменяя передаточное число трансмиссии, создать загрузку двигателя, близкую к номинальной по крутящему моменту.

Потенциальная тяговая характеристика может быть либо пологой, либо более крутой. При одном и том же уровне максимального тягового КПД предпочтительнее пологая характеристика. Она свидетельствует о том, что трактор в широком диапазоне тяговых усилий может работать при высоком КПД, т.е. с большей производительностью и с меньшим расходом топлива.

По тяговой характеристике трактора можно в частности определить тяговый КПД при различных условиях работы на заданном почвенном фоне. С этой целью для нескольких точек на характеристике находят значения тягового КПД, пользуясь соотношением

,

где - тяговая мощность трактора в выбранной точке; - эффективная мощность, развиваемая при этом двигателем.

Для нахождения мощности некоторую точку на кривой проектируют на соответствующую данной передаче кривую эффективной мощности, расположенную в нижней половине графика. Ордината полученной точки соответствует искомому значению мощности .

Значение тягового КПД трактора можно также рассчитать по формуле

.

Сопоставляя значения тягового КПД, полученные изложенными двумя методами, можно контролировать правильность построения тяговой характеристики. При отсутствии ошибок и аккуратном выполнении графических работ результаты расчётов по обоим методам должны различаться не более чем на .