Контрольні запитання і завдання

1. Дати визначення балансу потужності трактора.

2. Охарактеризувати умови, за яких аналізується тяговий коефіцієнт корисної дії трактора, і записати рівняння балансу потужності для вказаних умов.

3. Дати визначення потенційної тягової характеристики трактора.

4. За якими залежностями розраховуються затрати потужності на подолання механічних опорів у трансмісії N_тр , буксування рушіїв N_ , опору коченню N_f ?

5. Чому дорівнює тяговий коефіцієнт корисної дії трактора, якщо вимкнені вал та гідросистема відбору потужності?

6. Пояснити фізичну суть відносної сили тяги.

7. Проаналізувати потенційну тягову характеристику як залежність N_гк = f(P_гк).

8. Обгрунтувати на підставі потенційної тягової характеристики необхідність тракторів різних тягових класів.

Лабораторна робота №6 теоретична тягова характеристика трактора

Мета роботи – освоєння методики розрахунку і побудови теоретичної тягової характеристики трактора та її аналізу.

Загальні відомості

Тягова характеристика відображає закономірності зміни, залежно від тягового навантаження на гаку, наступних показників: буксування ведучих органів, швидкості поступального руху трактора, потужності на гаку, витрати палива і тягового к.к.д. Тягова характеристика, побудована за розрахунковими даними, називається теоретичною, яку можна представити у вигляді графіка з двох частин – верхньої і нижньої (рис. 6.1). Нижня частина є допоміжною і призначена для нанесення вихідних параметрів тракторного двигуна, а верхня – відображає показники трактора [1, с.98–103; 2, с.119–123; 3, с.73–76].

Розрахунок показників теоретичної тягової характеристики трактора проводиться на всіх j передачах для кожного і-го режиму роботи двигуна (табл. 6.1): перша точка – холостого ходу (відношення частоти обертання колінчастого вала n_дх на холостому ходу двигуна до номінальної частоти обертання n_дн – n_дх /n_дн = 107–108%); друга – номінального режиму роботи (n_дн = 100%); третя, четверта – двох проміжних режимів двигуна на безрегуляторній вітці між номінальним М_дн і максимальним М_до крутними моментами (n_ді /n_дн = 80%, n_ді /n_дн = 90%); п’ята – режиму максимального крутного моменту (відношення частоти n_до при максимальному крутному моменті до номінальної частоти – n_до /n_дн = 75, 70%). Якщо роботі на безрегуляторній вітці відповідає тільки одна третя точка, тоді четверта – характеризує режим максимального крутного моменту. Крім того, додатковою є розрахункова точка холостого ходу трактора (n_дхт /n_дн; n_дхт – частота обертання колінчастого вала на холостому ходу трактора, у випадку якого дотична сила тяги Р_к дорівнює силі опору коченню Р_f ).

На підставі регуляторної характеристики двигуна, розрахованої згідно з індивідуальним завданням, значення частоти обертання колінчастого вала n_ді , ефективної потужності N_еі , крутного моменту М_ді та годинної витрати палива G_ті , що відповідають основним розрахунковим точкам, заносяться у табл. 6.1.

Вказані значення є однаковими для всіх j передач, зокрема, 1, 2, …, z-ої передач основного робочого ряду трактора і транспортних передач (z' – номер першої транспортної передачі, z'' – другої).

Після цього приступають до розрахунку тягових показників трактора (табл. 6.1). Зокрема, дотична сила тяги Р_кji (кН):

(6.1)

де М_ді – крутний момент двигуна, Нм;

і_трj – передатне число трансмісії;

η_тр – механічний к.к.д. трансмісії;

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

Сила опору коченню Р_f (кН) трактора:

, (6.2)

де f – коефіцієнт опору коченню, що відповідає заданому агрофону;

m_e – експлуатаційна маса трактора, т.

Сила тяги на гаку Р_гкji (кН):

. (6.3)

Теоретична швидкість руху V_тji, км/год, трактора:

, (6.4)

де n_ді – частота обертання колінчастого вала двигуна, хв^-1.

Коефіцієнт буксування

, (6.5)

де а, в, с – безрозмірні коефіцієнти, що залежать від типу ходової системи трактора (для колісних тракторів а = 0,13, в = 0,013, с = 8, а для гусеничних – а = в = 0,04, с = 8);

p_ji – відносна сила тяги трактора.

Значення р_ji становить:

, (6.6)

де φ – коефіцієнт зчеплення ведучих органів із заданим агрофоном;

λ_к – коефіцієнт завантаження ведучих органів (для тракторів з колісною схемою 4К2 – 0,75–0,80, а при схемі 4К4 і гусеничних тракторів – 1,0).

Дійсна (робоча) швидкість руху V_pji , км/год:

. (6.7)

Тягова потужність N_гкji , кВт:

. (6.8)

Питома тягова витрата палива g_гкji , г/кВт·год:

. (6.9)

Тяговий к.к.д. трактора

. (6.10)

Перевірочне значення η_тji розраховується за формулою:

. (6.11)

Якщо розрахунки за формулами (6.10), (6.11) виконані правильно, тоді відмінність результатів не повинна перевищувати 5%.

Встановлені тягові показники трактора заносяться в табл. 6.1. Графічна побудова тягової характеристики на підставі розрахованих показників здійснюється в наступній послідовності. Відзначається початок координат нижньої частини характеристики як точка 0', через яку проводиться вісь абсцис. Вздовж осі у вибраному масштабі відкладаються значення дотичної сили тяги Р_к на всіх передачах при наступних режимах роботи двигуна: Р_коj – максимального крутного моменту, Р_кнj – номінального режиму роботи, а також одному–двох проміжних безрегуляторних режимах роботи двигуна.

Через точку 0' вертикально вниз проводиться вісь ординат, паралельно з якою будуються масштабні шкали частоти обертання колінчастого вала n_д , годинної витрати палива G_т та ефективної потужності N_е двигуна. Масштаби на шкалах вибираються з умови відсутності або мінімального перетину кривих, що відображають закономірності зміни даних параметрів.

Паралельно з віссю абсцис будуються для всіх передач масштабні шкали крутних моментів двигуна. У даному випадку відрізки, що відображають у вибраному масштабі значення дотичної сили тяги при номінальному М_дн та максимальному М_до крутних моментах, переносяться вниз і приймається, що кожен з них представляє відповідне значення моменту.

Завершивши побудову осей координат і масштабних шкал, приступають до побудови у нижній частині характеристики залежностей від крутного моменту двигуна частоти n_д , потужності N_е і витрати палива G_т . Необхідні дані беруться з регуляторної характеристики двигуна.

Під час побудови залежностей частоти обертання n_д на осі абсцис відкладаються точки, що характеризують значення частоти на наступних режимах роботи: n_дх – холостого ходу двигуна; n_дн – номінального крутного моменту; n_до – максимального крутного моменту, а також на одному–двох проміжних безрегуляторних режимах. Через точку n_дн проводиться горизонталь і відзначаються точки її перетину з вертикалями Р_кн1 , Р_кн2 , …, Р_кнz , Р_кнz' , що відповідають номінальному режиму роботи двигуна на всіх z передачах основного робочого ряду, а також на транспортній передачі z'. Після цього знаходяться точки перетину горизонталі n_до з вертикалями Р_ко1 , Р_ко2 , …, Р_коz , Р_коz' режиму роботи двигуна з максимальним крутним моментом на всіх передачах. Аналогічно знаходяться точки перетину горизонталей та вертикалей (штрихові лінії), що відповідають проміжним безрегуляторним режимам.

Отримані точки безрегуляторних віток з’єднуються плавними кривими. Закономірності зміни частоти обертання n_д в регуляторному діапазоні відображаються відрізками прямих, які з’єднують точку n_дх з точками номінального режиму роботи двигуна на різних передачах.

Завершивши побудову залежностей частоти n_д , приступають до побудови залежностей ефективної потужності N_е двигуна. Проводиться горизонталь N_ен , що відповідає номінальній потужності, і відзначаються точки її перетину з вертикалями Р_кн1 , Р_кн2 , …, Р_кнz , Р_кнz' . Потім знаходяться точки перетину горизонталі N_ео , яка характеризує потужність при максимальному крутному моменті, і вертикалей Р_ко1 , Р_ко2 , …, Р_коz , Р_коz' , а також відповідних горизонталей і вертикалей (штрихові лінії) проміжних безрегуляторних режимів роботи двигуна. Отримані для різних передач точки безрегуляторних режимів роботи з’єдну- ються плавними кривими. Регуляторні ділянки залежностей ефективної потужності двигуна описуються відрізками прямих, що з’єднують точку 0' (N_е = 0) з точками номінального режиму роботи двигуна на різних передачах.

Для побудови закономірностей зміни годинної витрати палива G_т на осі ординат відзначаються точки годинної витрати палива при холостому ходу двигуна G_тх , номінальному режимі роботи G_тн , роботі з максимальним крутним моментом G_то , а також витрати палива на проміжних безрегуляторних режимах. Через вказані точки, за винятком G_тх , проводяться горизонталі, і для різних передач знаходяться точки перетину з вертикалями відповідних режимів роботи двигуна. Безрегуляторні вітки закономірностей зміни годинної витрати палива відображаються плавними кривими, а регуляторні – відрізками прямих, які з’єднують точку G_тх з точками номінального режиму роботи двигуна.

З отриманням закономірностей зміни годинної витрати палива завершується побудова нижньої частини теоретичної тягової характеристики (рис. 6.1) і переходять до побудови її верхньої частини.

Від точки 0' вздовж осі абсцис відкладається у вибраному масштабі сила опору коченню Р_f , і відзначається точка 0, що є початком координат верхньої частини характеристики, а також початком відліку значень тягового зусилля Р_гк. Через точку 0 проводиться вісь ординат верхньої частини характеристики, вздовж якої будуються масштабні шкали коефіцієнта буксування δ, питомої тягової витрати палива g_гк , тягової потужності N_гк , робочої швидкості V_p , тягового к.к.д. η_т трактора.

Для кожної передачі на вертикалях, що відповідають максимальному крутному моменту Р_ко , номінальному режиму роботи Р_кн і проміжним безрегуляторним режимам, відкладаються розраховані значення коефіцієнта буксування δ. Отримані точки з’єднуються плавною кривою, яка розпочинається в точці 0.

З початку координат верхньої частини характеристики опускається вертикаль (продовження осі ординат) до перетину із залежностями ефективної потужності двигуна N_е , годинної витрати палива G_т , частоти обертання колінчастого вала двигуна n_д . Отримані значення вказаних показників, що відповідають холостому ходу трактора (точка n_дхт/n_дн), заносяться для всіх передач у табл. 6.1.

З врахуванням обертів двигуна на холостому ходу трактора розраховується теоретична швидкість руху, значення якої відкладаються на осі ординат за умови відсутності буксування ведучих органів (δ = 0). Після цього для всіх передач відкладаються значення робочої швидкості руху на вертикалях Р_кн , Р_ко і вертикалях проміжних безрегуляторних режимів. Точки безрегуляторних віток з’єднуються плавними кривими, а закономірності зміни швидкості руху в регуляторному діапазоні відображаються відрізками прямих, що з’єднують точки холостого ходу трактора і номінального режиму роботи.

Відклавши значення тягової потужності N_гк на вказаних вертикалях, через точки безрегуляторних віток проводяться плавні криві, а регуляторні вітки представляються відрізками прямих, що сполучають початок координат 0 з точками номінального режиму роботи.

Далі відкладаються для кожної передачі на вертикалях значення питомої тягової витрати палива g_гк . Отримані точки з’єднуються плавними кривими з такого розрахунку, щоб крайні ліві точки кривих відповідали 80–85% значень номінальної тягової потужності на вказаних передачах.

Завершується побудова верхньої частини теоретичної тягової характеристики відзначенням для кожної передачі розрахункових точок тягового к.к.д. η_т і з’єднанням точок плавною кривою.

Таблиця 6.1

Показники тягової характеристики трактора

Передача

Точка nдi /nдн , %

nдi , хв-1

Nеі , кВт

Мді , Нм

Gті , кг/год

Ркji , кН

Ргкji , кН

Vтji , км/год

δ

Vрji , км/год

Nгкji , кВт

gгкji , г/кВт∙ год

ηт

Nгкji / Nei

ηтрηδηf

1

nдх/nдн= 107–108

0

0

0

–

–

–

–

–

–

–

–

nдхт/nдн

–

0

0

0

–

–

–

nдн=100

90

80

nдо/nдн= 75, 70

2

107–108

0

0

0

–

–

–

–

–

–

–

–

nдхт/nдн

–

0

0

0

–

–

–

100

90

80

nдо/nдн

………………………………………………………………………………………….

z

107–108

0

0

0

–

–

–

–

–

–

–

–

nдхт/nдн

–

0

0

0

–

–

–

100

90

80

nдо/nдн

Транспорт.

nдх/nдн= 107–108

0

0

0

–

–

–

–

–

–

–

–

nдхт/nдн

–

0

0

0

–

–

–

nдн=100

90

80

nдо/nдн= 75, 70