Тяговий розрахунок трактора ДТ-75М

виправити

Тяговий розрахунок трактора

Тягові показники трактори та ефективність його використання в сільськогосподарському виробництві відповідно до призначення та умов експлуатації залежать від правильного вибору основних параметрів: ваги (маси), потужності і типу регуляторної характеристики двигуна, передавальних чисел трансмісії. При виконанні тягового розрахунку трактора виробляються: розрахунок основних параметрів трактора; розрахунок і побудова регуляторної характеристики двигуна, потенційної і теоретичної тягових характеристик трактора; аналіз його основних експлуатаційних властивостей. Всі розрахунки проводяться в Міжнародній системі одиниць вимірювання фізичних величин.

Теорія тракторів та автомобілів - це наука, яка представляє собою систему основних знань, узагальнюючих і відображають об'єктивні закономірності вивчення експлуатаційних якостей і властивостей трактора і автомобіля; про методи їх вивчення і визначення, а так само про способи впливу і вдосконалення цих якостей і властивостей. У зв'язку з швидким зростанням рівня механізації сільськогосподарського виробництва та розширення сфери застосування автотранспорту, вимоги, що пред'являються до експлуатаційних якостей тракторів і автомобілів безперервно розвивається і диференціюються залежно від призначення машини та умов її використання. Щоб мати можливість оцінювати вплив окремих експлуатаційних якостей на загальну ефективність машини, потрібно встановити об'єктивні, науково обгрунтовані вимірювачі цих якостей та методику їх визначення.

1. Вихідні дані

До основних вихідним даним на проектований трактор відносяться:

1. Тип (прототип) трактора - ДТ-75М, гусеничний.

2. Тяговий клас і номінальне тягове зусилля, до тягового класу 3 відноситься трактор ДТ-75М, номінальне тягове зусилля у якого одно Р _н = 3 тс @ 30 кН, вираженої в тоннах сили (1 тс = 1 _* g кН @ 9,81 кН @ 10 кН, де g - прискорення вільного падіння).

Номінальне тягове зусилля трактора - це таке максимальне тягове зусилля, при якому рухається по стерні зернових культур (при нормальній щільності і вологості грунту) трактор має найбільший або близький до нього тяговий к.к.д. за умови, що втрати на буксування рушія d (коефіцієнт буксування) не перевищують допустимих за агротехнічним вимогам меж d _н.доп (трактори: гусеничні - 3 ... 5%;). Номінальне тягове зусилля Р _н є правою кордоном робочого інтервалу тягових зусиль трактора.

3. Номінальна швидкість руху V _н = 8,0 км / ч. Це швидкість руху трактора, відповідна номінальному тяговому зусиллю Р _н.

4. Число основних, робочих передач - z = 4.

5. Число транспортних передач - м = 2.

6. Агрофон поля: стерня зернових, середньо-суглинковий чорнозем.

7. Максимальна транспортна швидкість руху трактора

V _макс = 17,5 км / ч.

8. Номінальна частота обертання вала двигуна n _н = 1780 об / хв.

9. Номінальний питома витрата палива двигуном g _ен = 245г/кВт * г.

2. Вага і номінальна потужність двигуна

Конструктивний (сухий) вага G _о - вага трактора в не заправленому стані, без тракториста, інструменту, додаткового обладнання та баласту.

Мінімальний експлуатаційна вага G _хв, рівний конструктивного вазі плюс вага заправних матеріалів, інструментів і тракториста. Мінімальний експлуатаційна вага G _хв в середньому на 7 ... 11% більше конструктивного G _про:

G _мін »(1,07 ... 1,11) G _о. (1)

Максимальна експлуатаційна вага G _макс, рівний мінімального експлуатаційного вазі плюс вага баласту G _б:

G _макс = G _хв + G _б. (2)

Баласт застосовується для збільшення зчіпного ваги (навантаження на провідні колеса, рушій) G _сц тракторів з метою підвищення їх тягово-зчіпних властивостей (зменшення коефіцієнта буксування d і збільшення сили зчеплення Р _j). При установці баласту на провідних колесах його вагу можна визначити за формулою:

G _б = l _к (G _макс - G _хв), (3)

де l _до - коефіцієнт навантаження провідних коліс:

l _к = G _сц / G;

G - експлуатаційна вага трактора - загальне позначення.

Конструктивний вага трактора G _о треба прагнути знижувати до мінімуму з урахуванням технічних можливостей та економічної доцільності. Зі зменшенням конструктивного ваги знижується металоємність, витрати потужності на пересування трактора, особливо на транспортних роботах. Однак зі зменшенням конструктивного ваги зростає вартість трактора у зв'язку із застосуванням більш міцних матеріалів і досконалих технологій. Більш-менш точно конструктивний вага може бути визначений тільки при реальному проектуванні. При виконанні курсової роботи величину його слід приймати, орієнтуючись на трактори того ж класу та рівень їх енергонасиченості.

Розрахунковий максимальний експлуатаційний вага G _макс.р трактора визначають виходячи із те, щоб при роботі на стерні зернових культур при нормальній вологості та щільності грунту з номінальним навантаженням на гаку Р _н він забезпечував не перевищення допустимого рівня буксування рушіїв d _доп. Для апроксимації залежності коефіцієнта буксування трактора від розвиває їм тягового зусилля можна використовувати наступну, отриману на підставі обробки великої кількості досвідчених даних, залежність:

d = ln [A / (j _m - J _кр)] / B, (4)

де j _m, А, B - коефіцієнти, отримані при математичній обробці дослідних даних - таблиця 1;

j _кр - коефіцієнт використання зчіпного ваги трактора:

j _кр = Р _кр / G _сц. (5)

Таблиця 1. Коефіцієнти: опору коченню тракторів і функції апроксимації кривої буксування d = ln [A / (j _m - J _кр)] / B

Тип трактора	Агрофон, механічний склад грунту	f _* 10 ^-2	Коефіцієнти
			А	У	j _m
Гусеничний	Стерня, важкий суглинок	6 ... 8	0,80	73,0	0,75
	Стерня, середній суглинок	6 ... 8	0,75	47,6	0,67
	ППП, суглинок	9 ... 12	0,68	30,3	0,62
Пояснення: тип грунту - чорнозем; ППП - поле, підготовлене під посів; ^) - трактори з неоднаковими задніми і передніми колесами; ^*) - трактори з однаковими колесами (орні)

Рішення виразу (4) щодо j _кр дозволяє задавшись припустимою величиною коефіцієнта буксування d _доп визначити відповідне йому значення коефіцієнта використання зчіпного ваги j _кр.н трактора:

j _кр.н = j _m - Аехр (- Bd _{додатково).} (6)

j _кр.н = 0,67 - 0,75 ехр (- 47,6 · 0,05) = 0,6.

За отриманого значення j _кр.н і відомим значенням номінального тягового зусилля трактора P _н відповідно до (5) можна визначити необхідне значення зчіпного ваги трактора G _сц і його розрахунковий максимальний експлуатаційний вага G _макс.р.

Для колісних з колісною формулою 4К4 і гусеничних тракторів зчіпний вага дорівнює експлуатаційного вазі G _сц = G, тому отримаємо:

G _макс.р = Р _н / j _кр.н = 30 / 0,6 = 50кН. (7)

Якщо експлуатаційна вага трактора G буде менше, ніж розрахунковий максимальний експлуатаційний вага G _макс.р, то буксування при номінальному тяговому зусиллі буде перевищувати допустимий рівень d _доп.

Після визначення G _макс.р слід оцінити значення конструктивного ваги трактора G _о ^*:

G _о ^* »G _макс.р / (1,07 ... 1,11) = 50 / (1,07 ... 1,11) = 46,7 ... 45 кН.

G _о ^* = 46 кН.

Номінальна (максимальна) потужність двигуна знаходиться з умови реалізації заданої номінальної швидкості руху V _н при номінальному тяговому зусиллі Р _н трактора за формулою:

N _н = (Р _н + Р _f) V _н / (h _тр h _ву h _d h _їм), (8)

де Р _f - сила опору коченню:

Р _f = FG _макс.р;

де f - коефіцієнт опору коченню, f = 0,07;

Р _f = 0,07 · 50 = 3,50 кН;

V _н = 8,0 км / год = 2,22 м / с;

h _тр - механічний ККД силової передачі (трансмісії);

h _ву - к.к.д. провідного ділянки рушія гусеничного трактора, слід приймати h _ву. = 0,97;

h _d - коефіцієнт, що враховує втрати від буксування рушія (для гусеничних тракторів h _d = 0,95, d = 5%;

h _їм - коефіцієнт використання номінальної потужності двигуна, що враховує резервування потужності на рушання з місця і подолання додаткових сил опору руху, h _їм = 0,92.

При визначенні к.к.д. трансмісії слід використовувати емпіріоаналітіческую формулу:

h _тр = h _х h ₁ ^{n 1} h ₂ ^{n 2,} (9)

де h _х - к.к.д. «Холостого ходу» трансмісії, h _х = 0,96;

h _1, h ₂ - к.к.д. відповідно циліндричної та конічної пар шестерень: h ₁ = 0,985; h ₂ = 0,975;

n _1, n ₂ - число пар відповідно циліндричних і конічних шестерень, що працюють в трансмісії на даній передачі. n ₁ = 4, n ₂ = 1.

h _тр = 0,96 · 0,9854 · 0,9751 = 0,88;

N _н = (30 + 3,5) · 2,22 / (0,88 · 0,97 · 0,95 · 0,92) = 99,69 кВт = 135,6 к.с.

Приймаємо: N _н = 136 к.с. = 100 кВт.

Далі оцінюють питому масу трактора за формулою:

m _уд ^* = ¹⁰ березня G _o ^* / (N _н g), кг / кВт,

m _уд ^* = ¹⁰ березня · 46 / (100 · 9,81) = 46,9 кг / кВт.

Потім слід проаналізувати і при необхідності скоригувати отримане значення питомої маси m _уд ^* з урахуванням цього показника у трактора-прототипу, інших тракторів, врахувати тенденції розвитку тракторобудування (див. табл. 2). Прийняте після коректування значення питомої маси позначимо m _уд.

Таблиця 2. Питома маса тракторів m _{задовільно} в залежності від номінальної швидкості руху, кг / кВт

Тип трактора

Номінальна швидкість руху V _н м / с (км / ч)

1,0 ... 1,4

(3,5 ... 5,0)

1,4 ... 2,5

(5,0 ... 9,0)

2,5

(9,0)

гусеничний

120 ... 135

82 ... 110

55 ... 95

Приймаємо: m _уд ^* = 90 кг / кВт,

Після цього слід уточнити значення конструктивного G _о і мінімального експлуатаційного ваги (1).

G _о = 10 ^-3 m _уд N _н g

G _про = 0,001 · 90 · 100 · 9,81 = 88,3 кН;

G _хв ≈ (1,07 ... 1,11) · G _о = (1,07 ... 1,11) · 88,3 = 94,5 ... 98 кН.

G _хв ³ G _макс.р, то експлуатаційна вага трактора приймають рівним G = G _хв = 96

Прийняте в подальших розрахунках значення експлуатаційного ваги трактора для спрощення записів будемо позначати G.

3. Баланс потужності і потенційна тягова характеристика

При розрахунку балансу потужності приймають ідеальні передумови у використанні трактора:

- Автоматичне і безступінчата зміна передавального числа трансмісії, і, отже, тягового зусилля і швидкості руху;

- Завантаження двигуна постійна, не залежить від тягового зусилля і відповідає номінальному режиму;

- К.к.д. трансмісій і сила опору перекочування залишаються постійними і не залежать від навантажувального і швидкісного режиму роботи трактора;

- Трактор рухається рівномірно по горизонтальному ділянці.

При прийнятих умовах рівняння балансу потужності має вигляд:

N _н = N _тр + N _d + N _f + N _кр, (10)

де N _тр - потужність, що втрачається в трансмісії:

N _тр = N _н (1 - h _тр); (11)

N _тр = 100 · (1 - 0,88) = 12 кВт;

N _d - потужність, що витрачається на буксування рушіїв:

N _d = N _до d; (12)

d - коефіцієнт буксування;

N _до - потужність, що підводиться до провідних колесам:

N _к = N _н h _тр; (13)

N _до = 100 · 0,88 = 88,0 кВт;

N _d = 88,0 · 0,05 = 4,4 кВт;

N _f - потужність, що витрачається на перекочування трактора:

N _f = Р _f V; (14)

V - робоча (дійсна) швидкість руху трактора:

V = V _т (1 - d) = V _т h _d; (15)

h _d - к.к.д. буксування:

h _d = 1 - d; (16)

h _d = 1 - 0,05 = 0,95

V _т - теоретична (без урахування буксування) швидкість руху трактора:

V _т = N _к / Р _к = N _к / (Р _кр + Р _f); (17)

V _т = 88/66, 7 = 1,32 м / с;

V = 1,32 · (1 - 0,95) = 1,25 м / с;

N _f = 6,7 · 1,25 = 8,38 кВт;

Р _кр - тягове зусилля, що розвивається трактором;

Р _к - дотична сила тяги:

Р _к = Р _кр + Р _f; (18)

Р _кр = j _кр G. (19)

Р _кр = 0,6 · 96 = 57,6 кН;

Р _к = 57,6 + 6,7 = 64,3 кН;

N _кр - тягова потужність (потужність на гаку) трактора:

N _кр = Р _кр V

N _кр = 57,6 · 1,25 = 72,0 кВт;

N _н = 12 + 4,4 + 8,38 + 72 = 99,88 ≈ 100 кВт.

Питомої тягового витрати палива g _кр:

g _кр = 10 ³ G _тн / N _кр = g _ен N _н / N _кр = g _ен / h _т, (21)

де G _тн - номінальний часовий витрата палива двигуном;

h _т - тяговий к.к.д. трактора.

h _т = N _кр / N _н = h _тр h _ву h _d h _f, (22)

h _f - к.к.д. перекочування:

h _f = Р _кр / Р _к = Р _кр / (Р _кр + Р _f) = (Р _к - Р _f) / Р _к; (23)

h _f = 60/66, 7 = 0,90;

h _т = 0,88 · 0,97 · 0,95 · 0,90 = 0,73;

G _тн = (g _ен · N _н) / 1000; (24)

G _тн = (245 · 100) / 1000 = 24,5 кг / год;

g _кр = 245 / 0,73 = 335,62 г / кВт * год

Інші показники розраховуються за наведеними вище формулами. З графіка балансу потужності та потенційної тягової характеристики слід, що трактор може працювати з високим ступенем використання потужності двигуна на гаку, з високими значеннями тягового ККД, низькою питомою тяговим витратою палива тільки в певному інтервалі тягових зусиль. Чим більше відхилення від цього інтервалу, тим більше сумарні непродуктивні витрати потужності на механічні втрати в трансмісії, перекочування і буксування рушіїв трактора.

Таблиця 3. Баланс потужності і потенційна тягова характеристика трактора ДТ-75М

Показник	Результати розрахунків
j _кр ^*)	0	0,10	0,20	0,30	0,40	0,45	0,50	0,55	0,60	0,65	0,669
d,%	0,2	0,5	0,9	1,5	2,2	2,6	3,1	3,9	5,0	7,6