1.2.2. Регуляторна характеристика дизельного двигуна у функції від крутного моменту

Вихідні дані для побудови регуляторної характеристики (рис. 1.2) беруться з табл. 1.2. Дана характеристика дає повнішу уяву про показники роботи двигуна в регуляторній зоні (межах роботи регулятора) і використовується для оцінки роботи комплексу сільськогосподарських машин з даним типом трактора.

Коректорна зона характеристики в межах від М_дндо М_д0описує роботу двигуна, коли на його режим впливає коректувальний пристрій. Для підвищення ефективності роботи машинно-тракторного парку слід домагатися того, щоб середнє експлуатаційне завантаження двигуна було якомога вище в межах регуляторної зони, але не більше 95% від максимальної потужності двигуна.

Рис. 1.1. Регуляторна характеристика дизельного двигуна у функції від частоти обертання колінчастого вала

Рис. 1.2. Регуляторна характеристика дизельного двигуна у функції від крутного моменту

1.3 Розрахунок і побудова теоретичної тягової характеристики

трактора

Визначивши основні конструктивні параметри трактора та техніко-економічні показники двигуна, приступають до розрахунку і побудови теоретичної тягової характеристики, яка відображає тягові та паливно-економічні показники на всіх передачах та різних режимах роботи трактора. Теоретична тягова характеристика (рис. 1.3) складається з двох частин, з яких нижня регуляторна характеристика двигуна має допоміжне значення і призначена для нанесення основних вихідних параметрів двигуна трактора. У верхній частині безпосередньо тягової характеристики наносяться ряд кривих, що показують, як в даних ґрунтових умовах під час рівномірного руху на горизонтальній ділянці, залежно від навантаження на гаку трактора, змінюються його основні експлуатаційні показники – буксування ведучих органів, робоча швидкість руху, тягова потужність, питома тягова витрата палива і тяговий к.к.д. трактора.

Аналітичний розрахунок показників теоретичної тягової характеристики трактора проводиться на всіх передачах для наступних режимів роботи: холостий хід двигуна (Р_к=0); холостий хід трактора (Р_к=Р_f); номінальний режим роботи двигуна (Р_к= Р_f+ Р_гкн); режим максимального крутного моменту двигуна (Р_к= Р_f+ Р_{гк max}); двох проміжних режимах роботи двигуна на коректорній вітці між М_дні М_д0, (табл. 1.2).

Для характерних точок швидкісної характеристики і відповідних передач трактора розрахуємо значення дотичної сили тяги за формулою:

, (1.29)

де М_ді– крутний момент двигуна на і-ому режимі його роботи, Нм;

і_трz,_трz– відповідно передатне число та к.к.д. трансмісії на

z-ій передачі;

r_к – динамічний радіус ведучого колеса (зірочки), м.

Сила опору коченню визначається з виразу:

Р_f=fm_eg, (1.30)

де f – коефіцієнт опору коченню, який відповідає заданому

агрофону [3];

m_e– експлуатаційна маса трактора, кг.

Сила тяги на гаку трактора визначається наступним чином

Р_гкzі= Р_кzі– Р_f, (1.31)

Для кожної заданої передачі визначаємо теоретичну швидкість руху трактора:

, (1.32)

де n_ді– частота обертання колінчастого вала на і-му режимі, хв^-1

(табл. 1.2).

Відносна сила тяги трактора розраховується з виразу:

р=Р_гкzі/_кm_eg, (1.33)

де – характерний для заданого агрофону коефіцієнт зчеплення;

_к – коефіцієнт навантаження на ведучі колеса (приймається для

тракторів з колісною схемою 4К2 0,75-0,80, а для тракторів з

колісною схемою 4К4 і гусеничних - 1,0);

Коефіцієнт буксування розраховується з виразу:

_zі= ар + bр^с, (1.34)

де а, b, с – коефіцієнти, що залежать від типу трактора і грунтових умов; для колісних тракторів а=0,13, b=0,013, с=8, а для гусеничних – а=b=0,04, с=8.

Робочі швидкості руху становитимуть:

V_рzi= V_тzi(1–_zi), (1.35)

Потужність на гаку трактора визначається за формулою:

, (1.36)

Питома тягова витрата палива:

. (1.37)

Умовний тяговий к.к.д. трактора становить:

. (1.38)

Перевірка _туziздійснюється за формулою:

_туzi=_трz_fzi_zi=_трzР_гкzi(1–_zi)/Р_кzi. (1.39)

Якщо розрахунки за формулами (1.38) і (1.39) виконано правильно, то їх результати повинні співпадати або бути близькими з відхиленням не більше ± 5%.

Результати розрахунків тягових показників трактора на всіх передачах і режимах роботи двигуна записуються в табл. 1.3.

Приклад. Розрахуємо значення Р_кідля характерних точок на першій передачі:

Р_к100=430,02·91,116·0,850/0,769=43308,21Н;

Р_к90=447,22·91,116·0,850/0,769=45040,54Н;

Р_к80=455,82·91,116·0,850/0,769=45906,71Н;

Р_к75=456,89·91,116·0,850/0,769=46014,98Н.

Так само розраховуємо значення Р_кzідля решта передач.

Для заданих умов сила опору коченню становитиме:

Р_f=0,18·5775,90·9,8=10188,68Н.

Тоді для відповідних точок першої передачі сила тяги на гаку трактора дорівнює:

Р_гк100=43308,21–10188,68=33119,53Н;

Р_гк90=45040,54–10188,68=34851,86Н;

Р_гк80=45906,71–10188,68=35718,03Н;

Р_гк75=46014,98–10188,68=35826,30Н.

Таким ж чином розрахуємо Р_гкzідля решта передач.

Для відповідних режимів на першій передачі теоретична швидкість руху V_тzістановитиме:

V_тxx=V_рхх=0,377·2335·0,769/91,116=7,43км/год;

V_т100=0,377·2200·0,769/91,116=7,00км/год;

V_т90=0,377·1980·0,769/91,116=6,30км/год;

V_т80=0,377·1760·0,769/91,116=5,60км/год;

V_т75=0,377·1650·0,769/91,116=5,25км/год.

Аналогічно розраховуємо V_тzідля решта передач.

Для характерних точок першої передачі коефіцієнт буксування _zістановитиме:

₁₀₀=0,13(33119,53/0,65·1·5775,90·9,8)+

+0,013(33119,53/0,65·1·5775,90·9,8)⁸=0,123;

₉₀=0,13(34851,86/0,65·1·5775,90·9,8)+

+0,013(34851,86/0,65·1·5775,90·9,8)⁸=0,132;

₈₀=0,13(35718,03/0,65·1·5775,90·9,8)+

+0,013(35718,03/0,65·1·5775,90·9,8)⁸=0,136;

₇₅=0,13(35826,30/0,65·1·5775,90·9,8)+

+0,013(35826,30/0,65·1·5775,90·9,8)⁸=0,137.

Аналогічно розраховуємо _zі для решта передач.

Для характерних точок першої передачі робоча швидкість руху V_рzi становитиме:

V_р100 =7,00(1–0,123)=6,14км/год;

V_р90=6,30(1–0,132)=5,47км/год;

V_р80=5,60(1–0,136)=4,84км/год;

V_р75=5,25(1–0,137)=4,53км/год.

Аналогічно розраховується V_рzi для решта передач.

Для першої передачі потужність на гаку трактора визначається за формулою 1.36:

N_гк100=33119,53·6,14/3600=56,50кВт;

N_гк90=34851,86·5,47/3600=52,97кВт;

N_гк80=35718,03·4,84/3600=47,98кВт;

N_гк75 =35826,30·4,53/3600=45,08кВт.

Аналогічно розраховуємо N_гкziдля решта передач.

Для відповідних режимів на першій передачі питома тягова витрата палива g_гкziстановить:

g_гк100= 10³·25,25/56,50=446,88г/кВтгод;

g_гк90= 10³·24,57/52,97=463,81г/кВтгод;

g_гк80= 10³·23,88/47,98=497,78г/кВтгод;

g_гк75 = 10³·23,54/45,08=522,17г/кВтгод.

Умовний тяговий к.к.д. трактора _туziна першій передачі становить:

_ту100=56,50/99,02=0,571;

_ту90=52,97/92,68=0,571;

_ту80=47,98/83,97=0,571;

_ту75=45,08/78,91=0,571.

Здійснимо перевірку _туzіза формулою (1.39) для першої передачі:

_ту100=0,850·33119,53(1–0,123)/43308,21=0,570;

_ту90=0,850·34851,86(1–0,132)/45040,54=0,571;

_ту80=0,850·35718,03(1–0,136)/45906,71=0,571;

_ту75=0,850·35826,30(1–0,137)/46014,98=0,571.

Розраховані для кожної передачі тягові показники трактора записуємо в табл 1.3.

Таблиця 1.3

Показники тягової характеристики трактора

Передача	Розрахунк. точка	Ne, кВт	nд, об/хв	Gт, кг/год	Pк, Н	Ргк, Н	Vт, км/год		Vр, км/год	Nгк, кВт	gгк, г/кВтгод	ут
												Nгк/Nе	трf
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	12	
1	хх дв	0	2376	7,60	0,0	0,0	0	0	0	0
	хх тр	23,30	2335	11,75	10188,7	0,0	7,43	0	7,43	0		0	0
	100	99,02	2200	25,25	43308,2	33119,5	7,00	0,123	6,14	56,50	446,88	0,571	0,570
	90	92,68	1980	24,57	45040,5	34851,9	6,30	0,132	5,47	52,97	463,81	0,571	0,571
	80	83,97	1760	23,88	45906,7	35718,0	5,60	0,136	4,84	47,98	497,78	0,571	0,571
	75	78,91	1650	23,54	46015,0	35826,3	5,25	0,137	4,53	45,08	522,17	0,571	0,571
2	хх дв	0	2376	7,60	0,0	0,0	0	0	0	0
	хх тр	27,57	2327	12,51	10188,7	0,0	8,76	0	8,76	0		0	0
	100	99,02	2200	25,25	36594,8	26406,1	8,28	0,094	7,50	55,04	458,76	0,556	0,556
	90	92,68	1980	24,57	38058,6	27869,9	7,46	0,100	6,71	51,95	472,84	0,561	0,560
	80	83,97	1760	23,88	38790,5	28601,8	6,63	0,103	5,95	47,24	505,55	0,563	0,562
	75	78,91	1650	23,54	38881,9	28693,3	6,21	0,103	5,57	44,41	530,07	0,563	0,563
3	хх дв	0	2376	7,60	0,0	0,0	0	0	0	0
	хх тр	32,63	2318	13,42	10188,7	0,0	10,33	0	10,33	0		0	0
	100	99,02	2200	25,25	30922,0	20733,3	9,80	0,073	9,08	52,32	482,61	0,528	0,528
	90	92,68	1980	24,57	32158,9	21970,2	8,82	0,078	8,14	49,66	494,72	0,536	0,535
	80	83,97	1760	23,88	32777,3	22588,7	7,84	0,080	7,22	45,27	527,55	0,539	0,539
	75	78,91	1650	23,54	32854,7	22666,0	7,35	0,080	6,76	42,57	552,94	0,540	0,539
4	хх дв	0	2376	7,60	0,0	0,0	0	0	0	0
	хх тр	38,61	2307	14,48	10188,7	0,0	12,17	0	12,17	0		0	0
	100	99,02	2200	25,25	26128,6	15940,0	11,60	0,056	10,95	48,48	520,84	0,490	0,489
	90	92,68	1980	24,57	27173,8	16985,1	10,44	0,060	9,82	46,31	530,48	0,500	0,499
	80	83,97	1760	23,88	27696,4	17507,7	9,28	0,062	8,71	42,35	563,99	0,504	0,504
Продовження табл. 1.3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	75	78,91	1650	23,54	27761,7	17573,0	8,70	0,062	8,16	39,84	590,92	0,505	0,505
1тр	хх дв	0	2376	7,60	0,0	0,0	0	0	0	0
	хх тр	86,52	2222	23,02	10188,7	0,0	26,26	0	26,26	0		0	0
	100	99,02	2200	25,25	11659,9	1471,2	26,00	0,005	25,86	10,57	2388,75	0,107	0,107
	90	92,68	1980	24,57	12126,3	1937,6	23,40	0,007	23,24	12,51	1964,01	0,135	0,135
	80	83,97	1760	23,88	12359,5	2170,8	20,80	0,008	20,64	12,45	1918,89	0,148	0,148
	75	78,91	1650	23,54	12388,6	2200,0	19,50	0,008	19,35	11,82	1991,01	0,150	0,150
2тр	хх дв	0	2376	7,60	0,0	0,0	0	0	0	0
	хх тр	62,57	2265	18,75	10188,7	0,0	19,35	0	19,35	0		0	0
	100	99,02	2200	25,25	16124,3	5935,6	18,80	0,021	18,41	30,35	831,97	0,307	0,306
	90	92,68	1980	24,57	16769,3	6580,6	16,92	0,023	16,53	30,21	813,14	0,326	0,326
	80	83,97	1760	23,88	17091,8	6903,1	15,04	0,024	14,67	28,14	848,78	0,335	0,335
	75	78,91	1650	23,54	17132,1	6943,4	14,10	0,025	13,75	26,53	887,36	0,336	0,336

Графічна побудова теоретичної тягової характеристики трактора, за даними табл. 1.3, проводиться в такій послідовності. Графіки показників характеристики розташовують вздовж довшої сторони аркуша міліметрового паперу формату А1. Вісь абсцис проводять з урахуванням вибраних орієнтовно масштабів частоти обертання колінчастого вала nі робочої швидкості руху трактораV_рпо вертикалі аркуша. На осі абсцис від початку координат, безпосередньо тягової характеристики (точка 0), у прийнятому масштабі сил, вліво відкладається сила опору коченню Р_f(рис. 1.3) і вниз з точки 0' (холостий хід двигуна Р_к=0) проводиться вісь ординат, а вверх з точки 0 проводиться друга вісь ординат. Вправо від точки 0 (холостий хід трактора Р_к=Р_f) відкладається значення сили тяги на гаку на всіх передачах для розрахованих режимів роботи трактора. Через отримані точки проводяться вертикальні допоміжні лінії.

Вздовж осі ординат вниз наносяться масштабні шкали частоти обертання колінчастого вала, годинної витрати палива і ефективної потужності двигуна з таким розрахунком, щоб графіки в регуляторній зоні не перетинались (рис. 1.3) і на цій же осі відкладаються значення N_е,G_т,n, що відповідають холостому ходу двигуна. Проводяться горизонтальні лінії значень цих показників, відповідно до значень режиму роботи двигуна від М_дндо М_д0. На кожній передачі на коректорній вітці з'єднуються точки перетину вертикальних і горизонтальних допоміжних ліній (однойменних режимів роботи двигуна і трактора) від М_дндо М_д0, а точки номінального режиму прямими лініями з'єднуються з точками режиму холостого ходу відповідних показників регуляторної характеристики. Отримані пучки лінійn, N_еіG_тхарактеризують їх інтенсивність зміни залежно від номера передачі і тягового навантаження.

Враховуючи, що дотична сила тяги трактора прямо пропорційна крутному моменту двигуна, на осі абсцис (рис. 1.3) від точки 0' для кожної передачі наносяться його масштабні шкали від М_д=0 до М_д0відповідно до дотичних сил Р_к=0 до Р_к0. Прикладом побудови регуляторної характеристики двигуна у функції від крутного моменту може служити нижня частина теоретичної тягової характеристики трактора.

Вздовж верхньої осі ординат наносяться масштабні шкали коефіцієнта буксування δ, тягової потужності N_гк, робочої швидкості рухуV_р, питомої гакової витрати паливаg_гк, тягового к.к.д._ті на кожній з передач будуються їх графіки у функції від сили тяги на гаку. Графіки показниківN_гк,V_р,g_гкбудуються для кожної передачі з урахуванням всіх режимів роботи трактора, а графіки δ,_тбудуються за номінальними режимами роботи і є загальними для всіх передач.

Швидкість руху трактора на холостому ході (Р_к=Р_f) визначається за формулою:

, (1.40)

де n_zx– частота обертання колінчастого вала двигуна, що відповідає руху трактора на холостому ході для кожної передачі (визначається з графікаnрегуляторної характеристики, рис. 1.3).

Побудову графіків питомої тягової витрати палива g_гкна регуляторній вітці двигуна можна обмежити номінальним режимом роботи трактора на наступній передачі, користуючись данимиG_тіN_гкграфіка.

Бажано, щоб графіки показників теоретичної тягової характеристики не накладались один на одного. Для цього рекомендується користуватись плаваючими масштабними шкалами графіків показників g_гк,_т,V_р.

Рекомендовані масштаби показників теоретичної тягової характеристики наведено в табл. 1.4.

Таблиця 1.4

Рекомендовані масштаби показників

теоретичної тягової характеристики

Показник	Позначення	Розмірність
Частота обертання колінчастого вала двигуна	μn	хв-1/мм	5; 8; 10; 15
Ефективна потужність двигуна	μNe	кВт/мм	1,0; 1,5; 2,0; 2,5
Годинна витрата палива	μGт	кг/год мм	0,08; 0,10; 0,12; 0,15
Сила опору руху	μр	Н/мм	25; 50;75; 100; 125
Коефіцієнт буксування	μδ	1/мм	0,002; 0,005; 0,08; 0,10
Тягова потужність	μNгк	кВт/мм	0,10; 0,15; 0,20; 0,25
Питома тягова витрата палива	μgгк	г/кВт·год мм	1,0; 1,5; 2,0; 2,5
Тяговий к.к.д.	μηт	1/мм	0,01; 0,015; 0,02
Робоча швидкість руху	μVр	км/год мм	0,10; 0,15; 0,20