Тяговый расчет трактора ДТ-75М

Тяговый расчет трактора

Тяговые показатели трактора и эффективность его использования в сельскохозяйственном производстве в соответствии с назначением и условиями эксплуатации зависят от правильного выбора основных параметров: веса (массы), мощности и типа регуляторной характеристики двигателя, передаточных чисел трансмиссии. При выполнении тягового расчета трактора производятся: расчет основных параметров трактора; расчет и построение регуляторной характеристики двигателя, потенциальной и теоретической тяговых характеристик трактора; анализ его основных эксплуатационных свойств. Все расчеты проводятся в Международной системе единиц измерения физических величин.

Теория тракторов и автомобилей - это наука, представляющая собой систему основных знаний, обобщающих и отражающих объективные закономерности изучения эксплуатационных качеств и свойств трактора и автомобиля; о методах их изучения и определения, а так же о способах влияния и совершенствования этих качеств и свойств. В связи с быстрым ростом уровня механизации сельскохозяйственного производства и расширения сферы применения автотранспорта, требования, предъявляемые к эксплуатационным качествам тракторов и автомобилей непрерывно развивается и дифференцируются в зависимости от назначения машины и условий ее использования. Чтобы иметь возможность оценивать влияние отдельных эксплуатационных качеств на общую эффективность машины, нужно установить объективные, научно обоснованные измерители этих качеств и методику их определения.

1. Исходные данные

 

К основным исходным данным на проектируемый трактор относятся:

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

2. Тяговый класс и номинальное тяговое усилие, к тяговому классу 3 относится трактор ДТ-75М, номинальное тяговое усилие у которого равно Р_н = 3 тс @ 30 кН, выраженной в тоннах силы (1 тс = 1_*g кН @ 9,81 кН @ 10 кН, где g - ускорение свободного падения).

Номинальное тяговое усилие трактора - это такое максимальное тяговое усилие, при котором движущийся по стерне зерновых культур (при нормальной плотности и влажности почвы) трактор имеет наибольший или близкий к нему тяговый к.п.д. при условии, что потери на буксование движителя d (коэффициент буксования) не превышают допустимых по агротехническим требованиям пределов d_н.доп (тракторы: гусеничные – 3...5 %;). Номинальное тяговое усилие Р_н является правой границей рабочего интервала тяговых усилий трактора.

3. Номинальная скорость движения V_н =8,0 км/ч. Это скорость движения трактора, соответствующая номинальному тяговому усилию Р_н.

4. Число основных, рабочих передач - z=4.

5. Число транспортных передач - м=2.

6. Агрофон поля: стерня зерновых, средне-суглинистый чернозем.

7. Максимальная транспортная скорость движения трактора

V_макс=17,5 км/ч.

8. Номинальная частота вращения вала двигателя n_н=1780 об/мин.

9. Номинальный удельный расход топлива двигателем g_ен=245г/кВт*ч.

2. Вес и номинальная мощность двигателя

 

Конструктивный (сухой) вес G_о - вес трактора в не заправленном состоянии, без тракториста, инструмента, дополнительного оборудования и балласта.

Минимальный эксплуатационный вес G_мин, равный конструктивному весу плюс вес заправочных материалов, инструментов и тракториста. Минимальный эксплуатационный вес G_мин в среднем на 7...11 % больше конструктивного G_о:

G_мин» (1,07...1,11)G_о. (1)

 

Максимальный эксплуатационный вес G_макс, равный минимальному эксплуатационному весу плюс вес балласта G_б:

G_макс = G_мин+ G_б. (2)

Балласт применяется для увеличения сцепного веса (нагрузки на ведущие колеса, движитель) G_сц тракторов с целью повышения их тягово-сцепных свойств (уменьшения коэффициента буксования d и увеличения силы сцепления Р_j). При установке балласта на ведущих колесах его вес можно определить по формуле:

G_б = l_к(G_макс - G_мин), (3)

где l_к - коэффициент нагрузки ведущих колес:

l_к = G_сц/G;

G - эксплуатационный вес трактора - общее обозначение.

Конструктивный вес трактора G_о надо стремиться снижать до минимума с учетом технических возможностей и экономической целесообразности. С уменьшением конструктивного веса снижается металлоемкость, затраты мощности на передвижение трактора, особенно на транспортных работах. Однако с уменьшением конструктивного веса возрастает стоимость трактора в связи с применением более прочных материалов и совершенных технологий. Более или менее точно конструктивный вес может быть определен только при реальном проектировании. При выполнении курсовой работы величину его следует принимать, ориентируясь на тракторы того же класса и уровень их энергонасыщенности.

Расчетный максимальный эксплуатационный вес G_макс.р трактора определяют исходя их того, чтобы при работе на стерне зерновых культур при нормальной влажности и плотности почвы с номинальной нагрузкой на крюке Р_н он обеспечивал не превышение допустимого уровня буксования движителей d_доп. Для аппроксимации зависимости коэффициента буксования трактора от развиваемого им тягового усилия можно использовать следующую, полученную на основании обработки большого количества опытных данных, зависимость:

d= ln[A/(j_m- j_кр)]/B, (4)

где j_m, А, B - коэффициенты, полученные при математической обработке опытных данных - таблица 1;

j_кр - коэффициент использования сцепного веса трактора:

j_кр = Р_кр/G_сц. (5)

Таблица 1. Коэффициенты: сопротивления качению тракторов и функции аппроксимации кривой буксования d= ln[A/(j_m - j_кр)]/B

Тип трактора	Агрофон, механический состав почвы	f*10-2	Коэффициенты
			А	В	jm
Гусеничный	Стерня, тяжелый суглинок	6…8	0,80	73,0	0,75
	Стерня, средний суглинок	6…8	0,75	47,6	0,67
	ППП, суглинок	9…12	0,68	30,3	0,62
Пояснения: тип почвы - чернозем; ППП – поле, подготовленное под посев; *) – тракторы с неодинаковыми задними и передними колесами; **) – тракторы с одинаковыми колесами (пахотные)

Решение выражения (4) относительно j_кр позволяет задавшись допустимой величиной коэффициента буксования d_доп определить соответствующее ему значение коэффициента использования сцепного веса j_кр.н трактора:

j_кр.н = j_m- Аехр(- Bd_доп). (6)

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

По полученному значению j_кр.н и известному значению номинального тягового усилия трактора P_н в соответствии с (5) можно определить требуемое значение сцепного веса трактора G_сц и его расчетный максимальный эксплуатационный вес G_макс.р.

Для колесных с колесной формулой 4К4 и гусеничных тракторов сцепной вес равен эксплуатационному весу G_сц = G, поэтому получим:

G_макс.р = Р_н/j_кр.н=30/0,6=50кН. (7)

Если эксплуатационный вес трактора G будет меньше, чем расчетный максимальный эксплуатационный вес G_макс.р, то буксование при номинальном тяговом усилии будет превышать допустимый уровень d_доп.

После определения G_макс.р следует оценить значение конструктивного веса 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.

 

Номинальная (максимальная) мощность двигателя находится из условия реализации заданной номинальной скорости движения V_н при номинальном тяговом усилии Р_н трактора по формуле:

N_н = (Р_н + Р_f)V_н/(h_трh_вуh_dh_им), (8)

где Р_f - сила сопротивления качению:

Р_f= fG_макс.р;

где f - коэффициент сопротивления качению, f= 0,07;

Р_f= 0,07·50 = 3,50 кН;

V_н=8,0 км/ч = 2,22 м/с;

h_тр - механический к.п.д. силовой передачи (трансмиссии);

h_ву - к.п.д. ведущего участка движителя гусеничного трактора, следует принимать h_ву. = 0,97;

h_d - коэффициент, учитывающий потери от буксования движителя (для гусеничных тракторов h_d= 0,95, d = 5 %;

h_им - коэффициент использования номинальной мощности двигателя, учитывающий резервирование мощности на трогание с места и преодоление дополнительных сил сопротивления движению, h_им= 0,92.

При определении к.п.д. трансмиссии следует использовать эмпириоаналитическую формулу:

h_тр = h_хh₁ⁿ¹h₂ⁿ², (9)

где h_х - к.п.д. «холостого хода» трансмиссии, h_х = 0,96;

h₁, h₂ - к.п.д. соответственно цилиндрической и конической пар шестерен: h₁ = 0,985; h₂ = 0,975;

n₁, n₂ - число пар соответственно цилиндрических и конических шестерен, работающих в трансмиссии на данной передаче. n₁=4, n₂ = 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 л.с.

Принимаем: N_н = 136 л.с.=100 кВт.

Далее оценивают удельную массу трактора по формуле:

m_уд^*= 10³G_o^*/(N_нg), кг/кВт,

m_уд^*= 10³·46/(100·9,81)= 46,9 кг/кВт.

Затем следует проанализировать и при необходимости скорректировать полученное значение удельной массы m_уд^* с учетом этого показателя у трактора-прототипа, других тракторов, учесть тенденции развития тракторостроения (см. табл. 2). Принятое после корректировки значение удельной массы обозначим m_уд.

Таблица 2. Удельная масса тракторов m_уд в зависимости от номинальной скорости движения, кг/кВт

Тип трактора	Номинальная скорость движения Vн м/с (км/ч)
	1,0…1,4 (3,5…5,0)	1,4…2,5 (5,0…9,0)	2,5 (9,0)
гусеничный	120…135	82…110	55…95

Принимаем: m_уд^*=90 кг/кВт,

После этого следует уточнить значения конструктивного G_о и минимального эксплуатационного веса (1).

G_о = 10^-3m_удN_нg

G_о =0,001·90·100·9,81=88,3 кН;

G_мин ≈(1,07…1,11)· G_о =(1,07…1,11)·88,3=94,5…98 кН.

G_мин ³ G_макс.р, то эксплуатационный вес трактора принимают равным G = G_мин=96

Принимаемое в дальнейших расчетах значение эксплуатационного веса трактора для упрощения записей будем обозначать G.