Тяговый расчет трактора

Тяговый расчет трактора необходим для определения основных параметров проектируемого трактора и предварительной оценки его эксплуатационных свойств. К основным параметрам относятся: мощность двигателя, вес трактора, скорость, тяговый К.П.Д., топливная экономичность.

Тяговый расчет и построение тяговой характеристики выполняется в следующих случаях: при построении нового трактора, при проверке эксплуатационных свойств выпускаемых тракторов, а также в случае уточнения принятых параметров для теоретических расчетов.

Скорости движения трактора примем:

1. высшая работа скорость при выполнении основных работ, согласно требованиям агротехники км/час;

2. обработка культур до 4,5 км/ч;

3. транспортные скорости: колесный трактор до 25 км час; гусеничный трактор 12÷15 км/ч;

4. более низкая резервная скорость выбирается в процессе тягового расчета из условий получения наибольшего значения силы тяги на крюке.

Передаточное число трансмиссии , соответствующее I рабочей передаче движения трактора:

колесные трактора ;

гусеничные трактора ,

где - число оборотов коленчатого вала при максимальной скорости двигателя.

Показатель геометрической прогрессии передаточных чисел находят:

,

где - число ступеней трансмиссии;

- усилие на крюке, которое развивается трактором на высшей рабочей передаче;

- усилие на крюке, равное наибольшей касательной силе тяги.

Максимальное и минимальное значение касательных сил тяги на рабочих скоростях являются заданными исходными данными.

Вес проектируемого трактора

Вес трактора намечают, учитывая вес тракторов аналогичного типа и мощности. Намеченный вес проверяют из условия обеспечения требуемой силы тяги по сцеплению с почвой в различных условиях эксплуатации:

,

где - коэффициент изменения нагрузки на двигатели трактора; для

гусеничного трактора - ; для колесного трактора –

.

,

где .

,

имеем .

Вес трактора определяют для наименее благоприятных условий эксплуатации.

После определения веса трактора проверяют удельную мощность трактора:

находится в пределах 13÷22 л∙с/т.

Расчетная мощность трактора

, л∙с,

где - касательная сила тяги на I передаче;

- скорость движения трактора на I передаче.

Ведущие моменты

.

Касательная сила тяги и сила тяги на крюке при установившемся движении на горизонтальном участке пути:

.

Значение коэффициента буксования определяют, используя кривые изменения значения , в зависимости от удельной силы тяги на крюке:

Полученные экспериментально для аналогичных типов тракторов.

Порядок тягового расчета

Исходными данными для расчета являются:

- силы тяги на крюке на I и на высшей передаче и ;

- скорость движения трактора на I и на высшей передаче ;

- число передач ;

- транспортная и скорости движения трактора;

- вес трактора.

Вначале задаются коэффициент сопротивления качению , радиусом начальной окружности ведущего колеса и числом оборотов двигателя.

Определяет:

;

;

.

Строят внешнюю характеристику двигателя с регуляторной ветвью.

Находят передаточное число трансмиссии на первой передачи.

Задаются числом рабочих передач коробки и намечают схему трансмиссии. Находят К.П.Д. трансмиссии и ведущие части гусеницы. Находят показатель геометрического ряда. Находят расчетное передаточное число трансмиссии на всех рабочих передачах, и распределяют между ее отдельными узлами.

.

Подбирают число зубьев шестерен трансмиссии.

Тяговые расчеты на передачах производят в диапазоне чисел оборотов от до и от до .

Для каждого из расчетных режимов определяют:

1. эффективную мощность и соответствующие ей число оборотов n; значение и n для разных режимов работы определяют по внешней скоростной и регуляторной характеристике двигателя;

2. теоретическая скорость движения трактора:

;

3. касательную силу тяги:

, кг;

4. тяговое усилие на крюке трактора:

;

5. коэффициент буксования соответствующий данному режиму;

6. действительная скорость движения:

;

7. мощность на крюке трактора:

, л∙с;

8. тяговый К.П.Д. трактора:

.

Результаты подсчетов сводят в таблицу для каждой передачи. По данным расчетов сводят для каждой из передач кривые:

.

Определение положения центра давления гусеничного трактора

Среднее удельное давление определяется,МПа,

,

где - вес трактора;

- ширина звена;

- длина опорной поверхности гусеницы.

При наибольших углах наклона к опорной поверхности передних и задних ветвей гусеницы и на мягких сминаемых почвах длиной опорной поверхности является расстояние между осями ведущих и направляющих колес.

На твердых почвах и при движении по укатанным дорогам за длину опорной поверхности принимают только ту ее часть, которая образуется суммой звеньев, находящихся в зоне расположения опорных катков.

У тракторов общего назначения кгс/см².

У болотоходных тракторов кгс/см².

У специальных болотоходных тракторов кгс/см².

Распределение нормальных давлений гусениц на почву у гусеничных тракторов неравномерно.

Рассмотрим общий случай прямолинейного движения.

Рисунок 18 - Схема сил и реакций, действующих в продольной плоскости на гусеничный трактор в общем случае движения.

Тяговое сопротивление на крюке ; сила перенесена в условную точку прицепа и разложим на составляющие параллельную поверхности пути и перпендикулярную этой поверхности .

- толкающая сила;

- лобовое сопротивление.

является результирующей всех нормальных реакций почвы, действующие на отдельные звенья гусениц, включая нормальную составляющую лобового сопротивления.

Точка приложения результирующей нормальной реакции почвы называется центром давления. В общем случае центр давления не совпадает с серединой опорной длины гусениц. Продольное расстояние от середины опорной длины гусеницы до центра давления называется смещением центра давления.

Для определения запишем уравнение моментов действующих на трактор сил относительно центра давления:

,

где - продольная координата, цент тяжести трактора относительно

геометрической оси ведущих колес гусениц;

- продольный вынос центра тяжести трактора относительно середины опорной длины гусениц;

- вертикальные координаты центра тяжести трактора и условной точки прицепа;

- плечо составляющей лобового сопротивления .

Из уравнения находим центр давления трактора смещается относительно середины опорной длины гусениц на величину:

,

где , так как мало.

Смещение центра давления нежелательно, оно ухудшает сцепление гусениц с почвой и увеличивает сопротивление качению.

Распределение нормальных реакций почвы по длине опорной поверхности гусениц

Распределение нормальный реакций почвы по длине опорной поверхности гусениц, зависит от почвенных условий и от конструкции гусеничного движителя (от числа и расположения опорных катков).

Гусеницы передают давление на почву отдельными активно-опорными участками, группирующимися вокруг каждого опорного катка. Если катки расставлены часто (отношение шага катков (расстояние между осями смежных катков) к шагу звена гусеницы в пределах ), то активно-опорной поверхностью является вся опорная поверхность гусеницы. Тогда считается, что эпюра нормальных давлений на почву имеет линейный характер. При этом допущение эпюра принимают в зависимости от положения центра давления трактора прямоугольную и трапециевидную форму.

Результирующая нормальная реакция почвы должна проходить через центр тяжести фигуры, изображающий эпюру.

В прямоугольной эпюре центр давления трактора располагается посередине опорной поверхности гусеницы, то есть равно 0.

Рисунок 18 - Эпюры нормальных давлений на почву у гусеничных тракторов

В трапециевидной эпюре величина смещение имеет максимальное значение .

Отношение называют коэффициентом смещения центра давления гусеничного трактора.

Значение предельно допустимая величина коэффициента смещения центра давления. Превышение этой величины часть этой опорной поверхности гусениц перестает принимать участие в передаче давлений на почвы.

Коэффициент смещения является основным показателем, характеризующим распределение нормальных давлений гусениц на поверхность пути.

Поворот гусеничных тракторов

Кинематика и динамика поворота

Поворот трактора в реальных условиях является сложным процессом, поэтому процесс поворота рассматривается с некоторыми допущениями:

- движение происходит по горизонтальной поверхности;

- силами инерции пренебрегают;

- нагрузки распределены на опорные поверхности равномерно.

Рисунок 19- Схема поворота

При повороте трактора около центра поворота О будем иметь

_,

где - скорость точки О_т (точки пересечения перпендикуляра,

опущенного из центра поворота О на продольную ось симметрии

трактора);

R - радиус поворота.

При повороте скорость прямолинейно-поступательного перемещения гусениц равна

где В – колея трактора;

и - скорости отстающей и забегающей гусениц.

При повороте, кроме линейного перемещения, гусеницы поворачиваются вокруг полюсов вращения О₁ и О₂, что вызывает появление сил трения и боковых реакций между опорной поверхностью и грунтом.

и - силы сопротивления перекатыванию отстающей и забегающей гусениц;

и - силы тяги на отстающей и забегающей гусеницах;

М_с – суммарный момент касательных сил трения и реакции грунта на опорные поверхности гусениц.

Суммарный момент от элементарных сил сопротивления повороту обеих гусениц равен

где G – вес трактора;

М – коэффициент сопротивления повороту, учитывающий трение и реакции грунта при сдвиге опорной поверхности.

Силы тяги и , создающие момент для поворота трактора, равны

откуда

;

т.к. и

Суммируя выражения и почленно вычитая, получим:

Выражение для определения момента сопротивления повороту М_с имеет вид:

Таким образом, при повороте трактора к забегающей и отстающей гусеницам должны подводиться силы тяги, отличные от сил тяги при прямолинейном движении. Алгебраическая сумма этих сил должна быть равна силе сопротивления в прямолинейном движении G, а поворачивающий момент , создаваемый ими, был бы равен моменту М_с.

Поворотливость трактора зависит от отношения . При большом значении сила тяги может возрасти настолько, что наступит ограничение по сцеплению гусеницы с грунтом.

Рисунок 20 – Схема сил действующих на гусеницы трактора при повороте на месте

Продольная устойчивость гусеничных машин

Продольная устойчивость гусеничного трактора может оценена величиной смещения точки О (центр динамического давления гусеницы).

Когда трактор стоит на горизонтальном участке пути и отсутствуют силы , точка О находиться на линии действия силы G, т.е. под центром тяжести трактора.

Под воздействием внешних сил и моментов при движении трактора равнодействующая нормальных реакций грунта Z смещается вперед или к корме трактора. Величина смещения центра давления Х может быть найдена из уравнения моментов всех сил относительно точки В.

Смещение линии действия Z (X = 0) означает начало потери устойчивости.

Предельный статический угол продольной устойчивости, характеризующие возможность ненагруженного транспорта с заторможенными гусеницами стоять на максимальном подъеме или спуске, равен

или

При правильной компоновке машины координата центра давления должна располагаться в интервале

Поперечная устойчивость машины

Опасность опрокидывания в поперечном направлении больше, чем опасность продольного опрокидывания, т.к. величина колен меньше базы.

Предельный боковой угол β найдем из уравнения моментов сил относительно возможной оси опрокидывания при Z = 0

.

Сползание машины наступает раньше опрокидывания. Угол поперечной устойчивости по сцеплению с грунтом, равен

,

где - коэффициент сцепления движителя в поперечном направлении.

.