Лекция 15. ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА И ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТРАКТОРА ТЯГОВАЯ ДИНАМИКА И ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТРАКТОРА 1. МОЩНОСТНОЙ БАЛАНС И ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 2. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА 3. ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. МОЩНОСТНОЙ БАЛАНС И ТЯГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Мощностной баланс трактора представляет собой уравнение, показывающее, как расходуется во время работы мощность, развиваемая тракторным двигателем. Так как мощность двигателя должна быть равна сумме мощностей, затрачиваемых на преодолевание различных сопротивлений, возникающих при движении, то в общем случае уравнение мощностного баланса имеет следующий вид: Мощностной баланс трактора представляет собой уравнение, показывающее, как расходуется во время работы мощность, развиваемая тракторным двигателем. Так как мощность двигателя должна быть равна сумме мощностей, затрачиваемых на преодолевание различных сопротивлений, возникающих при движении, то в общем случае уравнение мощностного баланса имеет следующий вид:(1) где N 0 затраты мощности на обслуживание систем трактора и улучшение условий труда водителя; N TP мощность, затрачиваемая на преодоление трения (механические потери) в механизмах трансмиссии трактора, передающих вращение от коленчатого вала двигателя ведущим органам; N δ затраты мощности на буксование ведущих органов; N f затраты мощности на качение трактора;

N i затраты мощности на преодоление подъемов; N j затраты мощности на изменение скорости движения тракторного агрегата; N RV тяговая мощность, затрачиваемая на перемещение рабочих машин и транспортных тележек, прицепляемых к крюку трактора или буксируемых иным способом; N кр затраты мощности на преодоление трения (механические потери) в приводе вала отбора мощности; N bom. затраты мощности на вращение механизмов, присоединяемых к валу отбора мощности; N Г мощность, израсходованная в приводе гидросистемы отбора мощности активных рабочих органов сельскохозяйственных машин; N ГСОМ затраты мощности на вращение гидрофицированных рабочих органов сельскохозяйственных машин. Мощности N i и N j вводят в формулу с разными знаками в зависимости от того, движется ли трактор на подъем или под уклон, ускоренно или замедленно. При подъеме и разгоне перед этими мощностями ставят знак плюс, при спуске и замедлении знак минус. При установившемся движении на горизонтальной дороге мощности N i и N j равны нулю.

Общий КПД трактора при установившемся движении на горизонтальном участке При стационарной работе где η пр КПД привода вала отбора мощности, гидросистемы отбора мощности или шкива в зависимости от того, какой из этих механизмов действует в данном случае. Тяговый КПД трактора при тех же условиях движения При работе трактора без использования вала и гидросистемы отбора мощности Тяговый КПД трактора можно представить в следующем виде: (2) Общий КПД трактора при установившемся движении на горизонтальном участке При стационарной работе где η пр КПД привода вала отбора мощности, гидросистемы отбора мощности или шкива в зависимости от того, какой из этих механизмов действует в данном случае. Тяговый КПД трактора при тех же условиях движения При работе трактора без использования вала и гидросистемы отбора мощности Тяговый КПД трактора можно представить в следующем виде: (2)

где η тр КПД, учитывающий механические потери в трансмиссии; η δ КПД, учитывающий потери на буксование ведущих колес; η f КПД, учитывающий потери на качение трактора. Каждый из перечисленных коэффициентов можно определить в процессе опыта или расчета. Коэффициент η тр можно определить в лаборатории, оборудованной специальными испытательными стендами, или непосредственно во время работы трактора в поле. Чтобы найти его значение в полевых условиях, нужно одновременно замерять крутящий момент М к двигателя и ведущий момент М вед с помощью ротационных динамографов, один из которых устанавливают между двигателем и коробкой передач, а остальные на ведущих колесах. Искомое значение где i тр передаточное число трансмиссии во время опытов. Коэффициент ηδ определяют из выражения ηδ= 1δ. Для этого необходимо знать коэффициент δ буксования ведущих колес в заданных условиях работы. Экспериментально его можно установить по рассмотренному выше методу. Рассчитать коэффициент б можно только ориентировочно по тем или иным эмпирическим формулам. КПД, учитывающий потери на качение трактора,

Для нахождения η f опытным методом необходимо замерять одновременно силы Р к и Р кр. Первую из них определяют по ведущему моменту, который замеряют ротационные динамографы, установленные на соответствующих валах. Значение второй силы записывает тяговый динамограф, размещенный между трактором и загрузочным устройством, создающим тяговое сопротивление. Применяя электрическое суммирование показаний ротационных и тягового динамографов, можно по ленте измерительного прибора записать с достаточной точностью итоговые значения сопротивления качению. При расчетном методе определения сопротивления качению используют уравнение P f = fG, а входящий в это уравнение коэффициент сопротивления качению f выбирают по справочным данным в соответствии с типом трактора и заданными почвенными условиями. Расчеты и опыты по определению тягового КПД трактора и его составляющих проводят применительно к установившейся работе на горизонтальном участке, когда тяговое сопротивление приложено к прицепному крюку и направлено параллельно поверхности пути, а вал отбора мощности не использован. Для нахождения η f опытным методом необходимо замерять одновременно силы Р к и Р кр. Первую из них определяют по ведущему моменту, который замеряют ротационные динамографы, установленные на соответствующих валах. Значение второй силы записывает тяговый динамограф, размещенный между трактором и загрузочным устройством, создающим тяговое сопротивление. Применяя электрическое суммирование показаний ротационных и тягового динамографов, можно по ленте измерительного прибора записать с достаточной точностью итоговые значения сопротивления качению. При расчетном методе определения сопротивления качению используют уравнение P f = fG, а входящий в это уравнение коэффициент сопротивления качению f выбирают по справочным данным в соответствии с типом трактора и заданными почвенными условиями. Расчеты и опыты по определению тягового КПД трактора и его составляющих проводят применительно к установившейся работе на горизонтальном участке, когда тяговое сопротивление приложено к прицепному крюку и направлено параллельно поверхности пути, а вал отбора мощности не использован.

Рис. 1 Мощностной баланс и потенциальная тяговая характеристика трактора.

Для наглядного представления о тяговом КПД и влияющих на него факторах изобразим мощностной баланс трактора графически (рис. 1). Примем, что трактор имеет бесступенчатую трансмиссию, которая позволяет всегда загружать двигатель на номинальную мощность благодаря автоматическому изменению скорости движения в соответствии с изменением тяговой нагрузки. На оси абсцисс графика отложим значения Р кр тяговых усилий на крюке. Проведем штрихпунктирной линией две вспомогательные кривые, необходимые для дальнейших построений, буксования δ и коэффициента f сопротивления качению. Для этого используем опытные или справочные данные, соответствующие рассматриваемому типу трактора и выбранному почвенному фону. По оси ординат отложим отрезок, изображающий в выбранном масштабе номинальную мощность N H двигателя, через его вершину проведем прямую, параллельную оси абсцисс. Согласно принятому условию о сохранении постоянной загрузки двигателя, считаем, что затраты мощности N TP на механические потери в трансмиссии постоянны и равны N H (1 η тр ) независимо от того, с какой силой тяги на крюке работает трактор. Отложим вниз от прямой N K отрезок, изображающий в принятом масштабе величину N TP, и через его конец проведем вторую прямую, параллельную оси абсцисс. Участок на графике мощностного баланса между обеими параллельными прямыми (он заштрихован вертикальными линиями) адекватен затратам мощности в трансмиссии. Для наглядного представления о тяговом КПД и влияющих на него факторах изобразим мощностной баланс трактора графически (рис. 1). Примем, что трактор имеет бесступенчатую трансмиссию, которая позволяет всегда загружать двигатель на номинальную мощность благодаря автоматическому изменению скорости движения в соответствии с изменением тяговой нагрузки. На оси абсцисс графика отложим значения Р кр тяговых усилий на крюке. Проведем штрихпунктирной линией две вспомогательные кривые, необходимые для дальнейших построений, буксования δ и коэффициента f сопротивления качению. Для этого используем опытные или справочные данные, соответствующие рассматриваемому типу трактора и выбранному почвенному фону. По оси ординат отложим отрезок, изображающий в выбранном масштабе номинальную мощность N H двигателя, через его вершину проведем прямую, параллельную оси абсцисс. Согласно принятому условию о сохранении постоянной загрузки двигателя, считаем, что затраты мощности N TP на механические потери в трансмиссии постоянны и равны N H (1 η тр ) независимо от того, с какой силой тяги на крюке работает трактор. Отложим вниз от прямой N K отрезок, изображающий в принятом масштабе величину N TP, и через его конец проведем вторую прямую, параллельную оси абсцисс. Участок на графике мощностного баланса между обеими параллельными прямыми (он заштрихован вертикальными линиями) адекватен затратам мощности в трансмиссии.

Разность отрезков N H и N H (l η тр ) соответствует мощности N K, передаваемой ведущим органам. Часть мощности N K затрачивается на буксование ведущих органов. Значение затрачиваемой мощности N δ пропорционально коэффициенту буксования и определяется по формуле N δ = N к δ Используя вспомогательную кривую буксования δ, определим значения Nδ для ряда точек и отложим их в виде соответствующих отрезков вниз по вертикали. Соединив затем концы отрезков кривой, получим второй участок (он заштрихован наклонными линиями), ординаты которого на графике мощностного баланса соответствуют затратам мощности на буксование. Прежде чем перейти к изображению затрат мощности на качение, построим кривую теоретических скоростей трактора, отражающую зависимость теоретической скорости движения от от нагрузки на крюке. Так как развиваемая ведущими органами мощность Nкр= 10-3Ркvт, то По этой формуле на графике построена кривая vT=f(Pкр). Она нанесена сплошной тонкой линией. Разность отрезков N H и N H (l η тр ) соответствует мощности N K, передаваемой ведущим органам. Часть мощности N K затрачивается на буксование ведущих органов. Значение затрачиваемой мощности N δ пропорционально коэффициенту буксования и определяется по формуле N δ = N к δ Используя вспомогательную кривую буксования δ, определим значения Nδ для ряда точек и отложим их в виде соответствующих отрезков вниз по вертикали. Соединив затем концы отрезков кривой, получим второй участок (он заштрихован наклонными линиями), ординаты которого на графике мощностного баланса соответствуют затратам мощности на буксование. Прежде чем перейти к изображению затрат мощности на качение, построим кривую теоретических скоростей трактора, отражающую зависимость теоретической скорости движения от от нагрузки на крюке. Так как развиваемая ведущими органами мощность Nкр= 10-3Ркvт, то По этой формуле на графике построена кривая vT=f(Pкр). Она нанесена сплошной тонкой линией.

Мощность, затрачиваемая на качение трактора, где v = v т (1δ) фактическая скорость движения, м/с. Подсчитав значения Nf для ряда точек, отложим их в виде соответствующих отрезков вниз от ранее построенных кривых мощностного баланса и соединим концы отрезков жирной линией. Получим на графике третий участок (он заштрихован перекрещивающимися наклонными линиями), ординаты которого соответствуют затратам мощности на качение. Ординаты жирно очерченной кривой соответствуют значениям мощности Nкр, остающимся после вычета всех потерь для реализации на крюке. Они изображают также тяговый КПД трактора, если отрезок NB принять за ηтяг =100%. Полученную кривую NKp=f(PKp) называют потенциальной тяговой характеристикой трактора, потому что может быть достигнута лишь при выбранных идеальных предпосылках автоматическом бесступенчатом регулировании скоростей движения и постоянной загрузке двигателя на номинальную мощность Nn. Из потенциальной тяговой характеристики видно, что трактор может работать с высокими значениями тягового КПД только в определенном Мощность, затрачиваемая на качение трактора, где v = v т (1δ) фактическая скорость движения, м/с. Подсчитав значения Nf для ряда точек, отложим их в виде соответствующих отрезков вниз от ранее построенных кривых мощностного баланса и соединим концы отрезков жирной линией. Получим на графике третий участок (он заштрихован перекрещивающимися наклонными линиями), ординаты которого соответствуют затратам мощности на качение. Ординаты жирно очерченной кривой соответствуют значениям мощности Nкр, остающимся после вычета всех потерь для реализации на крюке. Они изображают также тяговый КПД трактора, если отрезок NB принять за ηтяг =100%. Полученную кривую NKp=f(PKp) называют потенциальной тяговой характеристикой трактора, потому что может быть достигнута лишь при выбранных идеальных предпосылках автоматическом бесступенчатом регулировании скоростей движения и постоянной загрузке двигателя на номинальную мощность Nn. Из потенциальной тяговой характеристики видно, что трактор может работать с высокими значениями тягового КПД только в определенном

диапазоне усилий на крюке. Чем больше отклоняются усилия в ту или иную сторону за пределы указанного диапазона, тем интенсивнее снижается тяговый КПД. В условиях сельскохозяйственного производства с его разнообразными зональными и отраслевыми особенностями приходится выполнять от сравнительно легких работ до весьма тяжелых. Из анализа потенциальной тяговой характеристики следует, что для выполнения этих работ с высоким тяговым КПД необходимо иметь тракторы разных классов, каждому из которых должна быть отведена определенная тяговая зона. Принцип тяговых классов положен в основу построения принятой в Советском Союзе системы машин, в частности тракторов (так называемого типажа). Согласно этому принципу разработано несколько классов, каждому из которых соответствует определенная номинальная сила тяги на крюке. Эту силу тяги трактор должен развивать на невзлущеннои стерне нормальной влажности (примерно 1518%) и средней твердости (на черноземе или суглинке); причем буксование ведущих органов не должно выходить за установленные допустимые пределы: 18% для тракторов с колесной формулой 4К2; 16% для тракторов с колесной формулой 4К4; 5% для гусеничных тракторов.

Такое построение типажа позволяет удовлетворить все потребности народного хозяйства тракторами сравнительно небольшого числа классов при рациональном использовании каждого. Внутри класса на основе так называемых базовых моделей создаются разнообразные модификации, отличающиеся теми или иными конструктивными особенностями в зависимости от предъявляемых к ним специфических требований. Тракторы промышленного назначения применяют главным образом в условиях, существенно отличающихся от условий работы тракторов сельскохозяйственного назначения. Поэтому понятие о номинальной силе тяги к ним неприменимо. Обычно за номинальную силу тяги мощных гусеничных тракторов промышленного назначения принимают величину (0,8... 1,0) gmэ, где тэ эксплуатационная масса трактора. Максимальному значению тягового КПД трактора соответствует точка потенциальной характеристики, в которой сумма мощностей Nδ + Nf, затрачиваемых на буксование и качение, имеет минимальное значение. Следовательно, в указанной точке произведение коэффициентов полезного действия ηδηf достигает наибольшего значения. Сила тяги на крюке, соответствующая максимуму КПД, может иметь различные значения в зависимости от почвенных условий. Такое построение типажа позволяет удовлетворить все потребности народного хозяйства тракторами сравнительно небольшого числа классов при рациональном использовании каждого. Внутри класса на основе так называемых базовых моделей создаются разнообразные модификации, отличающиеся теми или иными конструктивными особенностями в зависимости от предъявляемых к ним специфических требований. Тракторы промышленного назначения применяют главным образом в условиях, существенно отличающихся от условий работы тракторов сельскохозяйственного назначения. Поэтому понятие о номинальной силе тяги к ним неприменимо. Обычно за номинальную силу тяги мощных гусеничных тракторов промышленного назначения принимают величину (0,8... 1,0) gmэ, где тэ эксплуатационная масса трактора. Максимальному значению тягового КПД трактора соответствует точка потенциальной характеристики, в которой сумма мощностей Nδ + Nf, затрачиваемых на буксование и качение, имеет минимальное значение. Следовательно, в указанной точке произведение коэффициентов полезного действия ηδηf достигает наибольшего значения. Сила тяги на крюке, соответствующая максимуму КПД, может иметь различные значения в зависимости от почвенных условий.

Рассмотрим изменение кривых тяговых мощностей для тракторов со ступенчатыми трансмиссиями. Для этого построим графики, на которых наряду с потенциальными нанесем тяговые характеристики на отдельных передачах (рис. 2). Потенциальные характеристики изобразим на них штриховой линией, характеристики на отдельных передачах сплошными, а номера передач укажем римскими цифрами. При работе трактора на какой-либо передаче его тяговая мощность растет по мере увеличения нагрузки на крюке, начиная от нуля при холостом ходе до максимального значения, Nкрmax,Если рост тяговой мощности не прекращается преждевременно из-за повышенного буксования движителей, то она достигает максимального значения Nкрmax когда двигатель развивает номинальную мощность Nн. В этом случае точка Аортах лежит на потенциальной тяговой характеристике. На рисунке 2,а точки N крmax на всех передачах расположились указанным образом. При дальнейшем увеличении силы тяги на крюке начинается перегрузка двигателя, мощность его падает, в результате чего снижается также тяговая мощность. Изменение кривых тяговых мощностей, показанное на рисунке 2, а, характерно для работы в условиях достаточного сцепления движителей трактора с почвой; оно типично для гусеничных тракторов. Рассмотрим изменение кривых тяговых мощностей для тракторов со ступенчатыми трансмиссиями. Для этого построим графики, на которых наряду с потенциальными нанесем тяговые характеристики на отдельных передачах (рис. 2). Потенциальные характеристики изобразим на них штриховой линией, характеристики на отдельных передачах сплошными, а номера передач укажем римскими цифрами. При работе трактора на какой-либо передаче его тяговая мощность растет по мере увеличения нагрузки на крюке, начиная от нуля при холостом ходе до максимального значения, Nкрmax,Если рост тяговой мощности не прекращается преждевременно из-за повышенного буксования движителей, то она достигает максимального значения Nкрmax когда двигатель развивает номинальную мощность Nн. В этом случае точка Аортах лежит на потенциальной тяговой характеристике. На рисунке 2,а точки N крmax на всех передачах расположились указанным образом. При дальнейшем увеличении силы тяги на крюке начинается перегрузка двигателя, мощность его падает, в результате чего снижается также тяговая мощность. Изменение кривых тяговых мощностей, показанное на рисунке 2, а, характерно для работы в условиях достаточного сцепления движителей трактора с почвой; оно типично для гусеничных тракторов.

Рис 2 Кривые тяговых мощностей для тракторов со ступенчатыми трансмиссиями.

При повышенном буксовании ведущих органов тяговая мощность может начинать снижаться еще до реализации номинальной мощности двигателя. Увеличение силы тяги на крюке приводит к столь значительному падению скорости движения, что тяговая мощность уменьшается, несмотря на продолжающийся Рост загрузки двигателя. В этих условиях значение максимальной тяговой мощности Аортах располагается ниже потенциальной тяговой характеристики. На рисунке 2, б из четырех приведенных кривых только на двух, полученных на третьей и четвертой передачах, точки максимальных тяговых мощностей лежат на потенциальной характеристике. На остальных двух кривых, полученных на первой и второй передачах, точки максимальных тяговых мощностей расположились под потенциальной характеристикой, так как на этих передачах тяговая мощность начала снижаться еще до того, как была достигнута полная загрузка двигателя. На первой Передаче полностью загрузить двигатель оказалось невозможным. Примерно такое расположение точек характерно для работы колесных тракторов на мягких почвах. Обычно на тяговые характеристики, помимо рассматриваемых кривых, наносят еще кривые расхода топлива. Тяговые характеристики считают основным техническим документом трактора и широко используют для различных исследовательских и Эксплуатационных расчетов. При повышенном буксовании ведущих органов тяговая мощность может начинать снижаться еще до реализации номинальной мощности двигателя. Увеличение силы тяги на крюке приводит к столь значительному падению скорости движения, что тяговая мощность уменьшается, несмотря на продолжающийся Рост загрузки двигателя. В этих условиях значение максимальной тяговой мощности Аортах располагается ниже потенциальной тяговой характеристики. На рисунке 2, б из четырех приведенных кривых только на двух, полученных на третьей и четвертой передачах, точки максимальных тяговых мощностей лежат на потенциальной характеристике. На остальных двух кривых, полученных на первой и второй передачах, точки максимальных тяговых мощностей расположились под потенциальной характеристикой, так как на этих передачах тяговая мощность начала снижаться еще до того, как была достигнута полная загрузка двигателя. На первой Передаче полностью загрузить двигатель оказалось невозможным. Примерно такое расположение точек характерно для работы колесных тракторов на мягких почвах. Обычно на тяговые характеристики, помимо рассматриваемых кривых, наносят еще кривые расхода топлива. Тяговые характеристики считают основным техническим документом трактора и широко используют для различных исследовательских и Эксплуатационных расчетов.

2. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ ТРАКТОРА Необходимые тяговые показатели трактора могут быть достигнуты и эффективно использованы только в том случае, если будут правильно выбраны основные его параметры: масса, скорости движения (передаточные числа трансмиссии) и мощность двигателя. Эти параметры определяют при тяговом расчете трактора. Необходимые тяговые показатели трактора могут быть достигнуты и эффективно использованы только в том случае, если будут правильно выбраны основные его параметры: масса, скорости движения (передаточные числа трансмиссии) и мощность двигателя. Эти параметры определяют при тяговом расчете трактора. Исходные данные к тяговому расчету выбирают с учетом места, занимаемого рассматриваемым трактором в типаже. Трактор должен быть рассчитан на выполнение всех работ, соответствующих его тяговому классу, и некоторой части работ, относящихся к тяговой зоне соседнего с ним предыдущего класса. Перекрытие тяговых зон позволяет выполнять некоторые работы тракторами смежных классов, что расширяет сферу применения имеющихся в хозяйстве тракторов каждого класса. Исходные данные к тяговому расчету выбирают с учетом места, занимаемого рассматриваемым трактором в типаже. Трактор должен быть рассчитан на выполнение всех работ, соответствующих его тяговому классу, и некоторой части работ, относящихся к тяговой зоне соседнего с ним предыдущего класса. Перекрытие тяговых зон позволяет выполнять некоторые работы тракторами смежных классов, что расширяет сферу применения имеющихся в хозяйстве тракторов каждого класса. Назовем отношение номинальной силы тяги на крюке, установленной для трактора данного класса, к минимальной силе тяги на крюке, на которую он должен быть рассчитан, расчетным тяговым диапазоном трактора и обозначим его через бт-Тяговый диапазон определяют по формуле Назовем отношение номинальной силы тяги на крюке, установленной для трактора данного класса, к минимальной силе тяги на крюке, на которую он должен быть рассчитан, расчетным тяговым диапазоном трактора и обозначим его через бт-Тяговый диапазон определяют по формуле

где ε коэффициент расширения тяговой зоны трактора. Рекомендуемые значения ε= 1,25...1,3; Р н и Р'нноминальные силы тяги на крюке тракторов рассчитываемого n-го по порядку класса и тракторов предыдущего п I класса. Для тракторов, не имеющих общую тяговую зону с тракторами других классов, обычно принимают δТ = 2. Дальнейший этап тягового расчета выбор массы трактора. Следует различать конструктивную (сухую) массу т 0 и эксплуатационную (полную) массу тэ. Под конструктивной массой будем понимать массу трактора в незаправленном состоянии, без тракториста, иструментов, дополнительного оборудования и балласта. Эксплуатационная масса, т. е. масса трактора в работе, всегда больше конструктивной массы. Ее минимальное значение тэmin равно сумме масс конструктивной, заправочных материалов и тракториста. Для большинства тракторов тэmin = (1, ,1) mo-Эксплуатационную массу колесных тракторов часто специально увеличивают, чтобы улучшить их тягово-сцепные качества. Для

этого на ведущие колеса навешивают балластные грузы, в шины заливают жидкость, регулируют силовое воздействие, оказываемое на трактор навесными машинами, применяют одноосные транспортные прицепы и т. д. Максимальное значение тэтах эксплуатационной массы должно быть выбрано таким образом, чтобы при работе трактора в соответствующих условиях с установленной для него по типажу номинальной силой тяги на крюке буксование ведущих органов не превышало допустимых в этом случае пределов δ доп - Для колесных тракторов при установившейся работе на горизонтальном участке указанное требование выражается следующим уравнением: где φ к доп значение коэффициента использования сцепного веса, которого можно достичь в данных почвенных условиях при допускаемом буксовании, ведущих колес; λ к и f1 коэффициенты нагрузки ведущих колес и сопротивления качению, соответствующие принятым условиям работы.

Из этого соотношения (3) Учитывая значительное перераспределение веса между передними и задними колесами при работе с большой нагрузкой на крюке, для тракторов с задними ведущими колесами принимают λк = 0, ,80, для тракторов со всеми ведущими колесами λк = 1. Для баллонных тракторов расчетные значения коэффициента использования сцепного веса φк.доп=0,5...0,65 в зависимости от конструкции и размеров шин ведущих колес. Иногда балласт, требуемый для повышения эксплуатационной массы трактора до значения тэmах, полностью используют непосредственно для догрузки ведущих колес трактора, например при навешивании на колеса дополнительных грузов или заливке воды в шины. Тогда его масса Для гусеничных тракторов формула (53) принимает следующий вид: (4)

Вес гусеничных тракторов полностью используется в качестве сцепного, поэтому в процессе преобразования формулы (3) коэффициент λ к принят равным единице. Кроме того, коэффициент сопротивления качению f 1 заменен коэффициентом f, учитывающим только внешние сопротивления качению, так как для преодоления внутренних сопротивлений в гусеничном движителе сцепления с почвой не требуется. В процессе расчетов по формуле (4) можно принимать φ к.доп =0,6...0,65 и f 0,5f 1. При существующих конструктивных массах гусеничных тракторов получаемая по формуле (4) масса т эmax часто получается такой, что дополнительных догрузок не требуется. Это положение может измениться по мере дальнейшего снижения металлоемкости гусеничных тракторов. Вследствие разнообразия выполняемых работ на тракторах должны быть передачи трех групп: вспомогательные для получения особо низких скоростей движения (они предназначены для работ, при которых допускаемые скорости движения ограничиваются условиями выполняемого технологического процесса); Вес гусеничных тракторов полностью используется в качестве сцепного, поэтому в процессе преобразования формулы (3) коэффициент λ к принят равным единице. Кроме того, коэффициент сопротивления качению f 1 заменен коэффициентом f, учитывающим только внешние сопротивления качению, так как для преодоления внутренних сопротивлений в гусеничном движителе сцепления с почвой не требуется. В процессе расчетов по формуле (4) можно принимать φ к.доп =0,6...0,65 и f 0,5f 1. При существующих конструктивных массах гусеничных тракторов получаемая по формуле (4) масса т эmax часто получается такой, что дополнительных догрузок не требуется. Это положение может измениться по мере дальнейшего снижения металлоемкости гусеничных тракторов. Вследствие разнообразия выполняемых работ на тракторах должны быть передачи трех групп: вспомогательные для получения особо низких скоростей движения (они предназначены для работ, при которых допускаемые скорости движения ограничиваются условиями выполняемого технологического процесса);

основные для выполнения большинства сельскохозяйственных операций; транспортные для перевозки грузов и.холостых переездов. Характерный пример работы с особо низкими скоростями посадка рассады. При этом скорость движения, м/с, где lгнрасстояние между пересадочными гнездами, м; х число растений, которое салальщик успевает подавать в машину за 1 мин Из этой формулы видно, что допустимая скорость движения при выполнении посадочных работ ограничивается, с одной стороны, агротехническими условиями возделывания данной культуры, диктующими размер междугнездий, а с другой техническими возможностями, определяющими пропускную способность посадочной машины (число х). На некоторых посадочных работах скорость движения должна быть меньше 0,28 м/с. Число машин, которые должны работать на особо низких скоростях, велико, а требования, предъявляемые к выбору значений этих скоростей, разнообразны. В зависимости от тягового класса трактора диапазон расчетных значений особо низких скоростей должен быть в пределах 0, ,28 или 0, ,28 м/с; в некоторых случаях применяют также диапазон скоростей 0,5.. 1,0 м/с.

Для выполнения некоторых работ, например мелиоративных, требуются еще более низкие скорости движения трактора 0, ,056 м/с, которые иногда называют «ползучими». Для получения столь низких скоростей приходится устанавливать специальный ходоуменьшитель. Основные передачи трактора необходимо выбирать с учетом принятого диапазона тяговых усилий на крюке и требований агротехники относительно допускаемых скоростей работы на различных сельскохозяйственных операциях. Назовем номинальными, или расчетными, скоростями трактора значения его теоретических скоростей при номинальной частоте вращения вала двигателя. Примем число основных передач равным z. Обозначим расчетные значения высшей основной скорости через vн(z), а низшей основной скорости через vн 1. Отношение vн(z)/ vн 1 назовем диапазоном номинальных основных скоростей трактора и обозначим его через б 0 осн. При скорости vн 1 должна быть обеспечена полная загрузка двигателя на номинальный крутящий момент Мн при работе трактора с номинальной силой тяги на крюке. В этом случае эксплуатационная масса трактора равна mэmax. Для выполнения некоторых работ, например мелиоративных, требуются еще более низкие скорости движения трактора 0, ,056 м/с, которые иногда называют «ползучими». Для получения столь низких скоростей приходится устанавливать специальный ходоуменьшитель. Основные передачи трактора необходимо выбирать с учетом принятого диапазона тяговых усилий на крюке и требований агротехники относительно допускаемых скоростей работы на различных сельскохозяйственных операциях. Назовем номинальными, или расчетными, скоростями трактора значения его теоретических скоростей при номинальной частоте вращения вала двигателя. Примем число основных передач равным z. Обозначим расчетные значения высшей основной скорости через vн(z), а низшей основной скорости через vн 1. Отношение vн(z)/ vн 1 назовем диапазоном номинальных основных скоростей трактора и обозначим его через б 0 осн. При скорости vн 1 должна быть обеспечена полная загрузка двигателя на номинальный крутящий момент Мн при работе трактора с номинальной силой тяги на крюке. В этом случае эксплуатационная масса трактора равна mэmax.

Скорость v н(z) необходимо использовать при работе с минимальной расчетной силой тяги на крюке Р н /δ т. В данном случае достаточно, чтобы эксплуатационная масса трактора была минимальна т эmin и двигатель несколько недогружен. Эти требования можно выразить следующими уравнениями: где i трl и i тр(z) передаточные числа трансмиссии трактора соответственно» на низшей и высшей основных передачах; f1 и f2 коэффициенты сопротивления качению трактора соответственно при работе с номинальной и минимальной силами тяги на крюке; γД min допускаемый минимальный коэффициент загрузки двигателя; обычно γД min =0,85. Для обоих рассматриваемых вариантов работы КПД трансмиссии ηтр принят одинаковым. Разделим верхнее уравнение на нижнее и, имея в виду, что Скорость v н(z) необходимо использовать при работе с минимальной расчетной силой тяги на крюке Р н /δ т. В данном случае достаточно, чтобы эксплуатационная масса трактора была минимальна т эmin и двигатель несколько недогружен. Эти требования можно выразить следующими уравнениями: где i трl и i тр(z) передаточные числа трансмиссии трактора соответственно» на низшей и высшей основных передачах; f1 и f2 коэффициенты сопротивления качению трактора соответственно при работе с номинальной и минимальной силами тяги на крюке; γД min допускаемый минимальный коэффициент загрузки двигателя; обычно γД min =0,85. Для обоих рассматриваемых вариантов работы КПД трансмиссии ηтр принят одинаковым. Разделим верхнее уравнение на нижнее и, имея в виду, что

Получим Так как коэффициент сопротивления качению f1 значительно больше коэффициента f2, то можно принять Для повышения производительности тракторных агрегатов максимальные значения основных скоростей трактора должны быть допустимы при современном уровне агротехники и сельскохозяйственного машиностроения. Устанавливать для них какие- либо пределы нецелесообразно, так как вследствие непрерывного изменения приемов и средств механизации процессов сельскохозяйственного производства создаются новые возможности для дальнейшего повышения скоростей трактора. Число основных передач z выбирают в зависимости от требуемого диапазона основных скоростей δvосн H. Поскольку у сельскохозяйственных тракторов этот диапазон невелик, то при применении коробок обычного типа с передвижными шестернями практически нецелесообразно иметь в группе основных передач больше четырех-пяти ступеней. Обычно к ним добавляют еще одну более низкую резервную передачу, которая позволяет получать на Получим Так как коэффициент сопротивления качению f1 значительно больше коэффициента f2, то можно принять Для повышения производительности тракторных агрегатов максимальные значения основных скоростей трактора должны быть допустимы при современном уровне агротехники и сельскохозяйственного машиностроения. Устанавливать для них какие- либо пределы нецелесообразно, так как вследствие непрерывного изменения приемов и средств механизации процессов сельскохозяйственного производства создаются новые возможности для дальнейшего повышения скоростей трактора. Число основных передач z выбирают в зависимости от требуемого диапазона основных скоростей δvосн H. Поскольку у сельскохозяйственных тракторов этот диапазон невелик, то при применении коробок обычного типа с передвижными шестернями практически нецелесообразно иметь в группе основных передач больше четырех-пяти ступеней. Обычно к ним добавляют еще одну более низкую резервную передачу, которая позволяет получать на

крюке тяговое усилие, несколько большее номинального, при соответственно повышенном буксовании ведущих органов. Вследствие усовершенствования конструкций коробок, в частности создания коробок с переключением передач на ходу, возникают более широкие возможности маневрирования передачи. В таких коробках число основных передач может быть увеличено. Определим рациональные соотношения между отдельными передачами, т. е. выберем структуру ряда основных передач. Согласно исследованиям, практически равноценные результаты могут быть получены при применении нескольких вариантов рядов. Обычно ряд основных передач трактора строят по принципу геометрической прогрессии и называют геометрическим. Он имеет следующий вид: где индексы при номинальных скоростях; vH порядковые номера передач; q знаменатель геометрической прогрессии.

Перемножая эти отношения и учитывая, что получаем откуда В качестве показателей, характеризующих выбранный ряд, принимаем минимальные значения коэффициентов загрузки двигателя на разных передачах и интервалы значений касательных сил тяги, соответствующие работе на каждой из передач. Для выяснения значений первого показателя рассмотрим, как загружается двигатель в граничных точках, т. е. в точках, где возможен переход с одной передачи на другую. Обозначим касательную силу тяги трактора в точке перехода с первой передачи на вторую через Р' к, а в следующих по порядку граничных точках соответственно через Р к ", Р к '" и т. д. Для указанных граничных точек можно написать следующие уравнения: Перемножая эти отношения и учитывая, что получаем откуда В качестве показателей, характеризующих выбранный ряд, принимаем минимальные значения коэффициентов загрузки двигателя на разных передачах и интервалы значений касательных сил тяги, соответствующие работе на каждой из передач. Для выяснения значений первого показателя рассмотрим, как загружается двигатель в граничных точках, т. е. в точках, где возможен переход с одной передачи на другую. Обозначим касательную силу тяги трактора в точке перехода с первой передачи на вторую через Р' к, а в следующих по порядку граничных точках соответственно через Р к ", Р к '" и т. д. Для указанных граничных точек можно написать следующие уравнения:

где М н максимальные значения крутящего момента двигателя в этих точках, равные номинальным; М' к min и М" к max минимальные значения крутящего момента двигателя в соответствующих граничных точках Разделив почленно правые уравнения каждой строчки на левые, получим Так как у геометрического ряда передач i тр 2 /i тр 1 = i тр 3 /i тр 2 = … = 1/q, то на всех передачах коэффициент загрузки двигателя имеет одинаковое минимальное значение, зависящее от знаменателя прогрессии. Для наглядного представления об изменении зависимости.крутящего момента Мк двигателя от развиваемой трактором касательной силы тяги Рк при работе на разных передачах построим диаграмму (рис. 3). Указанная зависимость имеет линейный характер, поэтому диаграмма представляет собой пучок лучей с началом в центре координат, где касательная сила тяги Рк = 0. Поэтому диаграмму называют лучевой. Для построения диаграммы выполним следующее. На оси ординат отложим в принятом масштабе номинальный Мн и минимальный Мкmin = Mн/q крутящие моменты используемые при геометрическом ряде передач.

Рис. 3. Лучевая диаграмма геометрического ряда передач.

Через вершины отложенных отрезков проведем прямые, параллельные оси абсцисс. Луч первой передачи пересекает горизонталь М н в точке а, абсцисса которой Точка b' пересечения проведенного луча первой передачи с горизонталью M кmin является граничной точкой перехода на вторую передачу. При касательной силе тяги Р' к, соответствующей данной точке, для перехода на следующую передачу необходимо повысить крутящий момент двигателя до номинального значения М н. Поэтому луч второй передачи проводим через точку b, ордината которой равна М н. Аналогично определяют граничные точки с', d' перехода на остальные передачи и точки с, d, через которые проводят лучи соответствующих передач. Как видно из построенной диаграммы, при геометрическом ряде передач интервалы касательных сил тяги, охватываемые разными передачами, неодинаковы. Наиболее широк интервал касательных сил тяги на первой передаче. С повышением номера передачи он уменьшается. Определив знаменатель геометрического ряда и выбрав номинальную скорость vн 1 трактора на первой основной передаче, найдем значения номинальных скоростей на остальных основных передачах:и т. д. Намеченный ряд необходимо корректировать в соответствии с практическими возможностями подбора чисел зубьев шестерен. Через вершины отложенных отрезков проведем прямые, параллельные оси абсцисс. Луч первой передачи пересекает горизонталь М н в точке а, абсцисса которой Точка b' пересечения проведенного луча первой передачи с горизонталью M кmin является граничной точкой перехода на вторую передачу. При касательной силе тяги Р' к, соответствующей данной точке, для перехода на следующую передачу необходимо повысить крутящий момент двигателя до номинального значения М н. Поэтому луч второй передачи проводим через точку b, ордината которой равна М н. Аналогично определяют граничные точки с', d' перехода на остальные передачи и точки с, d, через которые проводят лучи соответствующих передач. Как видно из построенной диаграммы, при геометрическом ряде передач интервалы касательных сил тяги, охватываемые разными передачами, неодинаковы. Наиболее широк интервал касательных сил тяги на первой передаче. С повышением номера передачи он уменьшается. Определив знаменатель геометрического ряда и выбрав номинальную скорость vн 1 трактора на первой основной передаче, найдем значения номинальных скоростей на остальных основных передачах:и т. д. Намеченный ряд необходимо корректировать в соответствии с практическими возможностями подбора чисел зубьев шестерен.

Число транспортных передач и их номинальные скорости выбирают в зависимости от типа ходовой части и подрессоренности трактора. Для гусеничных тракторов сельскохозяйственного назначения часто ограничиваются одной транспортной передачей, для тракторов на пневматических шинах их должно быть не менее двух. Чем лучше подрессорен трактор и чем более благоприятные условия созданы для работы водителя, тем выше может быть верхняя транспортная скорость. Промежуточную транспортную скорость v,тр можно выбирать как среднюю геометрическую, или арифметическую, величину между заданной максимальной транспортной скоростью vmax и высшей основной скоростью vн(z), т.е. или (5) Применение бесступенчатых трансмиссий, позволяющих получить в определенных пределах любые скорости движения трактора, повысит минимальные значения коэффициента загрузки двигателя. В этом случае двигатель сможет постоянно работать на режиме, близком к номинальному, в результате чего производительность трактора повысится. Число транспортных передач и их номинальные скорости выбирают в зависимости от типа ходовой части и подрессоренности трактора. Для гусеничных тракторов сельскохозяйственного назначения часто ограничиваются одной транспортной передачей, для тракторов на пневматических шинах их должно быть не менее двух. Чем лучше подрессорен трактор и чем более благоприятные условия созданы для работы водителя, тем выше может быть верхняя транспортная скорость. Промежуточную транспортную скорость v,тр можно выбирать как среднюю геометрическую, или арифметическую, величину между заданной максимальной транспортной скоростью vmax и высшей основной скоростью vн(z), т.е. или (5) Применение бесступенчатых трансмиссий, позволяющих получить в определенных пределах любые скорости движения трактора, повысит минимальные значения коэффициента загрузки двигателя. В этом случае двигатель сможет постоянно работать на режиме, близком к номинальному, в результате чего производительность трактора повысится.

Практическое использование указанных преимуществ бесступенчатой трансмиссии возможно при условии оборудования ее системой управления, обеспечивающей автоматическое изменение передаточного числа трансмиссии в соответствии с изменением тягового сопротивления тракторного агрегата. При сравнении тяговых и экономических показателей трактора с бесступенчатой и ступенчатой трансмиссиями необходимо учитывать также возможную разницу в значениях КПД этих трансмиссий. Требуемую мощность тракторного двигателя определяют исходя из установленных предыдущими расчетами тяговых и скоростных параметров трактора. При этом следует учитывать следующую особенность тягового режима: силы сопротивления движению тракторного агрегата имеют неустановившийся характер и во время работы непрерывно колеблются в широких пределах. Колебания нагрузки происходят в результате влияния микрорельефа поля, неоднородности почвы, особенностей технологического процесса выполняемой сельскохозяйственной операции, неравномерности сопротивления качению и многих других факторов. Вследствие колебательного характера нагрузки необходимо резервировать некоторую часть мощности тракторного двигателя для преодоления систематически возникающих пиковых значений сопротивления движению. Некоторый резерв мощности может также потребоваться для обеспечения разгона тракторного агрегата без переключения передач. Практическое использование указанных преимуществ бесступенчатой трансмиссии возможно при условии оборудования ее системой управления, обеспечивающей автоматическое изменение передаточного числа трансмиссии в соответствии с изменением тягового сопротивления тракторного агрегата. При сравнении тяговых и экономических показателей трактора с бесступенчатой и ступенчатой трансмиссиями необходимо учитывать также возможную разницу в значениях КПД этих трансмиссий. Требуемую мощность тракторного двигателя определяют исходя из установленных предыдущими расчетами тяговых и скоростных параметров трактора. При этом следует учитывать следующую особенность тягового режима: силы сопротивления движению тракторного агрегата имеют неустановившийся характер и во время работы непрерывно колеблются в широких пределах. Колебания нагрузки происходят в результате влияния микрорельефа поля, неоднородности почвы, особенностей технологического процесса выполняемой сельскохозяйственной операции, неравномерности сопротивления качению и многих других факторов. Вследствие колебательного характера нагрузки необходимо резервировать некоторую часть мощности тракторного двигателя для преодоления систематически возникающих пиковых значений сопротивления движению. Некоторый резерв мощности может также потребоваться для обеспечения разгона тракторного агрегата без переключения передач.

Поэтому тракторный агрегат следует комплектовать таким образом, чтобы его средний приведенный к коленчатому валу момент сопротивления был несколько меньше номинального крутящего момента двигателя. Отношение указанных моментов, называемое коэффициентом χ э эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя, изменяется в пределах 0,8...0,85 в зависимости от динамических качеств двигателя и колебаний сопротивлений движению трактора. При определении требуемой мощности тракторного двигателя резерв учитывают в расчетной формуле указанным коэффициентом. Итак, требуемая номинальная мощность, к Вт, тракторного двигателя где Р н номинальная сила тяги на крюке, установленная для трактора данного класса по типажу, Н м, v н 1 соответствующая этому тяговому усилию номинальная скорость движения, м/с, f 1 коэффициент сопротивления качению трактора при работе с номинальной силой тяги на крюке, η тр КПД трансмиссии, соответствующий принятой схеме Поэтому тракторный агрегат следует комплектовать таким образом, чтобы его средний приведенный к коленчатому валу момент сопротивления был несколько меньше номинального крутящего момента двигателя. Отношение указанных моментов, называемое коэффициентом χ э эксплуатационной нагрузки тракторного двигателя, изменяется в пределах 0,8...0,85 в зависимости от динамических качеств двигателя и колебаний сопротивлений движению трактора. При определении требуемой мощности тракторного двигателя резерв учитывают в расчетной формуле указанным коэффициентом. Итак, требуемая номинальная мощность, к Вт, тракторного двигателя где Р н номинальная сила тяги на крюке, установленная для трактора данного класса по типажу, Н м, v н 1 соответствующая этому тяговому усилию номинальная скорость движения, м/с, f 1 коэффициент сопротивления качению трактора при работе с номинальной силой тяги на крюке, η тр КПД трансмиссии, соответствующий принятой схеме

Подсчитанное по этому уравнению значение мощности округляют до ближайшего большего, так как в условиях неустановившейся нагрузки, с которой обычно работает трактор, двигатель несколько снижает развиваемую им мощность по сравнению с мощностью, получаемой при стационарном режиме. Отношение расчетной мощности двигателя к массе трактора называют удельной мощностью трактора. Ее определяют по следующей формуле: Удельная мощность Nуд является важным параметром, характеризующим энергонасыщенность трактора. Повышение удельной мощности трактора позволяет соответственно повысить его рабочие (основные) скорости. Понятие, обратное удельной мощности, удельная масса mуд. Этот измеритель обычно используют для характеристики металлоемкости трактора. Под удельной массой, кг/к Вт, понимают отношение конструктивной массы трактора к номинальной мощности установленного на нем двигателя, т. е. Для колесных тракторов mуд = кг/к Вт, а для гусеничных mуд = кг/к Вт. По мере совершенствования конструкций тракторов удельная масса их постоянно снижается. Подсчитанное по этому уравнению значение мощности округляют до ближайшего большего, так как в условиях неустановившейся нагрузки, с которой обычно работает трактор, двигатель несколько снижает развиваемую им мощность по сравнению с мощностью, получаемой при стационарном режиме. Отношение расчетной мощности двигателя к массе трактора называют удельной мощностью трактора. Ее определяют по следующей формуле: Удельная мощность Nуд является важным параметром, характеризующим энергонасыщенность трактора. Повышение удельной мощности трактора позволяет соответственно повысить его рабочие (основные) скорости. Понятие, обратное удельной мощности, удельная масса mуд. Этот измеритель обычно используют для характеристики металлоемкости трактора. Под удельной массой, кг/к Вт, понимают отношение конструктивной массы трактора к номинальной мощности установленного на нем двигателя, т. е. Для колесных тракторов mуд = кг/к Вт, а для гусеничных mуд = кг/к Вт. По мере совершенствования конструкций тракторов удельная масса их постоянно снижается.

3. ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ТЯГОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Определив основные параметры трактора, можно построить тяговую характеристику для получения наглядного представления о его тяговых и топливно-экономических показателях. Определив основные параметры трактора, можно построить тяговую характеристику для получения наглядного представления о его тяговых и топливно-экономических показателях. Тяговые характеристики строят в функции силы тяги на крюке применительно к установившейся работе на горизонтальном участке. По этим характеристикам видно изменение в зависимости от силы тяги на крюке следующих показателей: буксования ведущих органов; скорости поступательного движения трактора; мощности на крюке; расхода топлива. Большинство перечисленных показателей имеет на разных передачах различные значения; для них приводятся кривые на нескольких передачах. Каждая характеристика относится к определенному почвенному фону. Для полного представления о тяговых и экономических качествах трактора необходимо иметь характеристики, построенные для нескольких наиболее типичных почвенных фонов. Тяговые характеристики строят в функции силы тяги на крюке применительно к установившейся работе на горизонтальном участке. По этим характеристикам видно изменение в зависимости от силы тяги на крюке следующих показателей: буксования ведущих органов; скорости поступательного движения трактора; мощности на крюке; расхода топлива. Большинство перечисленных показателей имеет на разных передачах различные значения; для них приводятся кривые на нескольких передачах. Каждая характеристика относится к определенному почвенному фону. Для полного представления о тяговых и экономических качествах трактора необходимо иметь характеристики, построенные для нескольких наиболее типичных почвенных фонов. Тяговую характеристику, построенную по расчетным данным, называют теоретической. Ее можно представить в виде графика, состоящего из верхней и нижней половин. На нижней половине, имеющей вспомогательное значение, наносят исходные параметры тракторного двигателя. Непосредственно тяговую характеристику строят в верхней половине графика. Тяговую характеристику, построенную по расчетным данным, называют теоретической. Ее можно представить в виде графика, состоящего из верхней и нижней половин. На нижней половине, имеющей вспомогательное значение, наносят исходные параметры тракторного двигателя. Непосредственно тяговую характеристику строят в верхней половине графика.

На оси абсцисс верхней половины графика от начала координат О (рис. 4) отложим в выбранном масштабе значения сил тяги на крюке Р кр. Начало координат О' нижней половины графика сместим влево от точки О на расстояние, численно равное в том же масштабе силе P f сопротивления качению трактора в заданных почвенных условиях. Допустим, что коэффициент сопротивления качению f постоянен при всех режимах работы. Таким образом, отрезки P f + Р кр, отложенные на оси абсцисс нижней половины графика, изображают касательные силы тяги Р к. Допустим также, что значение механического КПД трансмиссии на каждой данной передаче постоянно независимо от степени загрузки трактора, a ηтр = 1-ξМн/Мк)η1n1η2n2, что соответствует значению КПД трансмиссии при загрузке тракторного двигателя на номинальную мощность. Для обычных эксплуатационных режимов работы, когда загрузка трактора достаточно велика, такое допущение можно считать приближенно приемлемым. При постоянном значении КПД трансмиссии касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя согласно формуле P K =M к i тp η тр /r K. Поэтому отрезки Р к, отложенные на оси абсцисс нижней половины графика, соответствуют в выбранном масштабе значениям крутящих моментов двигателя. Масштаб зависит от передаточного числа трансмиссии; для каждой передачи он должен быть иным. На оси абсцисс верхней половины графика от начала координат О (рис. 4) отложим в выбранном масштабе значения сил тяги на крюке Р кр. Начало координат О' нижней половины графика сместим влево от точки О на расстояние, численно равное в том же масштабе силе P f сопротивления качению трактора в заданных почвенных условиях. Допустим, что коэффициент сопротивления качению f постоянен при всех режимах работы. Таким образом, отрезки P f + Р кр, отложенные на оси абсцисс нижней половины графика, изображают касательные силы тяги Р к. Допустим также, что значение механического КПД трансмиссии на каждой данной передаче постоянно независимо от степени загрузки трактора, a ηтр = 1-ξМн/Мк)η1n1η2n2, что соответствует значению КПД трансмиссии при загрузке тракторного двигателя на номинальную мощность. Для обычных эксплуатационных режимов работы, когда загрузка трактора достаточно велика, такое допущение можно считать приближенно приемлемым. При постоянном значении КПД трансмиссии касательная сила тяги трактора прямо пропорциональна крутящему моменту двигателя согласно формуле P K =M к i тp η тр /r K. Поэтому отрезки Р к, отложенные на оси абсцисс нижней половины графика, соответствуют в выбранном масштабе значениям крутящих моментов двигателя. Масштаб зависит от передаточного числа трансмиссии; для каждой передачи он должен быть иным.

Рис. 4. Теоретическая тяговая характеристика трактора.

При построении тяговой характеристики гусеничного трактора теоретический радиус r к ведущих колес определяют по приведенной ранее формуле. Для колесных тракторов размеры шин выбирают по справочным данным, исходя из требуемой грузоподъемности, установленной при тяговом расчете. Теоретический радиус ведущих колес должен учитывать нормальную деформацию шин, которая зависит от многих факторов: конструкции шины, давления воздуха в ней, действующей радиальной нагрузки и дорожно-почвенных условий. Точный расчет радиуса r к пневматической шины практически невозможен, поэтому при построении теоретической тяговой характеристики колесного трактора используют среднее значение r к, мм, определяемое приближенно по следующей эмпирической формуле: где d наружный диаметр обода, на который надевают шину, мм, bширина профиля покрышки, мм Коэффициент в круглых скобках учитывает нормальную деформацию шины.

Построим масштабные шкалы крутящих моментов двигателя. Для этого определим касательные силы тяги на разных передачах при номинальном крутящем моменте двигателя. Отрезки, изображающие на оси абсцисс полученные значения касательных сил тяги, перенесем вниз и примем, что каждый из них представляет в своем масштабе номинальный крутящий момент двигателя М н. Аналогично находим на масштабных шкалах точки, соответствующие максимальному крутящему моменту двигателя М кmax. В нижней половине графика строим кривые зависимости от величины крутящего момента двигателя его частоты вращения nд, эффективной мощности Ne и часового расхода топлива GT. Для каждой передачи кривые строят по своей масштабной шкале моментов. Необходимые для построения данные берут из регуляторной характеристики двигателя. Одноименные кривые образуют пучки с общим центром. Центр пучка кривых N e находится в начале координат О', а вершины их лежат на горизонтали, ордината которой в принятом масштабе равна номинальной эффективной мощности двигателя N H Центр пучка кривых n д расположен на оси ординат в точке, соответствующей частоте вращения п х вала двигателя при холостом ходе. Кривые G T берут начало на оси ординат в точке, Построим масштабные шкалы крутящих моментов двигателя. Для этого определим касательные силы тяги на разных передачах при номинальном крутящем моменте двигателя. Отрезки, изображающие на оси абсцисс полученные значения касательных сил тяги, перенесем вниз и примем, что каждый из них представляет в своем масштабе номинальный крутящий момент двигателя М н. Аналогично находим на масштабных шкалах точки, соответствующие максимальному крутящему моменту двигателя М кmax. В нижней половине графика строим кривые зависимости от величины крутящего момента двигателя его частоты вращения nд, эффективной мощности Ne и часового расхода топлива GT. Для каждой передачи кривые строят по своей масштабной шкале моментов. Необходимые для построения данные берут из регуляторной характеристики двигателя. Одноименные кривые образуют пучки с общим центром. Центр пучка кривых N e находится в начале координат О', а вершины их лежат на горизонтали, ордината которой в принятом масштабе равна номинальной эффективной мощности двигателя N H Центр пучка кривых n д расположен на оси ординат в точке, соответствующей частоте вращения п х вала двигателя при холостом ходе. Кривые G T берут начало на оси ординат в точке,

соответствующей часовому расходу топлива G т.x при холостом ходе двигателя, а ордината горизонтальной прямой, проходящей через их вершины, в принятом масштабе равна максимальному часовому расходу топлива G тmax - Все кривые должны быть закончены при максимальных значениях крутящего момента двигателя М кmax. В верхней половине графика прежде всего строим кривую буксования по аналогии с экспериментальными кривыми, полученными при тяговых испытаниях тракторов такого же типа в близких к заданным почвенных условиях, или по эмпирическим формулам. После этого для каждой передачи строят кривые действительных скоростей движения трактора для выбранных значений Pкр. Так как действительные скорости v = vт(lδ), то предварительно нужно определить значения теоретических скоростей vт. Если известны передача, на которой движется трактор, соответствующее ей передаточное число трансмиссии iтр и частота вращения nд, развиваемая в это время тракторным двигателем, то теоретическую скорость, м/с, можно определить по формуле

где r к теоретический радиус ведущих колес, м. Тогда действительная скорость Чтобы определить значения величин n д и δ, входящих в это уравнение, выберем на оси абсцисс ряд точек и проведем через них вертикали до пересечения с кривыми буксования δ в верхней половине графика и частоты вращения n д, соответствующей рассматриваемой передаче, в нижней половине графика. Ординаты точек пересечения будут равны искомым значениям δ и n д. Подсчитав несколько значений v, строим по ним в верхней половине графика кривую действительных скоростей трактора на данной передаче. Аналогично строят кривые действительных скоростей на любой передаче. Если известна скорость v движения трактора, работающего на рассматриваемой передаче с заданной силой тяги на крюке, то тяговую мощность, к Вт, можно рассчитать по формуле С помощью этой формулы определяем значения тяговых мощностей для ряда значений Р кр. По полученным данным строим в верхней половине графика кривые тяговых мощностей на разных передачах.

Кроме того, на тяговой характеристике нанесем еще кривые удельного расхода топлива, г/к Вт-ч, определяемого по формуле где G T часовой расход топлива, кг, соответствующий работе трактора на данной передаче с тяговой мощностью N кр, Для определения значений G T проектируем рассматриваемую точку N кр на кривую часового расхода топлива, построенную для данной передачи в нижней половине графика. Ордината полученной на кривой точки соответствует искомому значению часового расхода. Такие графоаналитические расчеты проводим для нескольких точек, лежащих на кривых N кр. По полученным данным в верхней половине графика строим кривые удельных расходов топлива g кр на разных передачах. Значения удельных расходов топлива g кр зависят от экономичности двигателя, степени его загрузки и тягового КПД трактора. Чтобы отразить с достаточной полнотой влияние этих факторов, кривые удельных расходов надо строить на каждой передаче для широкого диапазона тяговых нагрузок. Для оценки топливной экономичности трактора рекомендуется рассматривать влияние на удельные Кроме того, на тяговой характеристике нанесем еще кривые удельного расхода топлива, г/к Вт-ч, определяемого по формуле где G T часовой расход топлива, кг, соответствующий работе трактора на данной передаче с тяговой мощностью N кр, Для определения значений G T проектируем рассматриваемую точку N кр на кривую часового расхода топлива, построенную для данной передачи в нижней половине графика. Ордината полученной на кривой точки соответствует искомому значению часового расхода. Такие графоаналитические расчеты проводим для нескольких точек, лежащих на кривых N кр. По полученным данным в верхней половине графика строим кривые удельных расходов топлива g кр на разных передачах. Значения удельных расходов топлива g кр зависят от экономичности двигателя, степени его загрузки и тягового КПД трактора. Чтобы отразить с достаточной полнотой влияние этих факторов, кривые удельных расходов надо строить на каждой передаче для широкого диапазона тяговых нагрузок. Для оценки топливной экономичности трактора рекомендуется рассматривать влияние на удельные

расходы топлива g кр изменения тяговой мощности в пределах от 100 до 50% на каждой передаче. Анализируя кривые g кр, соответствующие зонам тяговых усилий правее точек N крmax, можно получить более полное представление о топливной экономичности трактора при перегрузках. Построенную тяговую характеристику необходимо проанализировать для оценки полученных показателей, исследования характера их изменения в зависимости от тяговой нагрузки и других условий работы, а также для выяснения влияния, оказываемого на них различными факторами. По тяговой характеристике трактора можно в частности определить тяговый КПД при различных условиях работы на заданном почвенном фоне. С этой целью для нескольких точек на характеристике находят значения тягового КПД, пользуясь соотношением где N KP тяговая мощность трактора в выбранной точке; N e эффективная мощность, развиваемая при этом двигателем.

Для нахождения мощности N е некоторую точку на кривой N кр проектируют на соответствующую данной передаче кривую эффективной мощности, расположенную в нижней половине графика. Ордината полученной точки соответствует искомому значению мощности N е. Значение тягового КПД трактора можно также рассчитать по формуле (2), представленной в следующем развернутом виде: Сопоставляя значения тягового КПД, полученные изложенными двумя методами, можно контролировать правильность построения тяговой характеристики. При отсутствии ошибок и аккуратном выполнении графических работ результаты расчетов по обоим методам должны различаться не более чем на ±5%. Для нахождения мощности N е некоторую точку на кривой N кр проектируют на соответствующую данной передаче кривую эффективной мощности, расположенную в нижней половине графика. Ордината полученной точки соответствует искомому значению мощности N е. Значение тягового КПД трактора можно также рассчитать по формуле (2), представленной в следующем развернутом виде: Сопоставляя значения тягового КПД, полученные изложенными двумя методами, можно контролировать правильность построения тяговой характеристики. При отсутствии ошибок и аккуратном выполнении графических работ результаты расчетов по обоим методам должны различаться не более чем на ±5%.