Рівняння (3.44) можемо записати наступним чином 1 страница

. (3.45)

3.5. Розподіл нормальних реакцій грунту

по довжині опорної поверхні гусениці

Розподіл нормальних реакцій грунту по довжині опорної поверхні гусе-ниці залежить від положення центру тиску трактора, грунтових умов і кон-струкції гусеничного рушія (числа і розташування опорних котків).

В залежності від положення центру тиску епюри нормального тиску на грунт трактора з напівжорсткою підвіскою можуть мати наступні форми (рис. 3.5):

а) прямокутну – така епюра характеризує рівномірний розподіл нормальних реакцій грунту по всій довжині опорної поверхні гусениці. Нормальна реакція грунту на гусениці У діє посередині опорної поверхні гусениці (х_д=0);

б) трапецевидну – при такій епюрі нормальні реакції грунту розподіля-ються по довжині опорної поверхні гусениці нерівномірно. Величина зміщен-ня центру тиску х_д знаходиться у межах від 0 до 1/6·L;

в) трикутну з вершиною в передній кромці опорної поверхні гусениць – така епюра можлива у випадку х_д = 1/6·L. При цьому тиск на грунт передає не вся опорна поверхня гусениць;

г) трикутну з вершиною, розташованою між крайніми кромками опорної поверхні гусениць. У цьому випадку х_д › 1/6·L.

Основним показником, який характеризує розподіл нормального тиску гусениць на поверхню грунту, є коефіцієнт зміщення центру тиску. Числове значення коефіцієнта зміщення центру тиску визначається за залежністю

(3.46)

Рис. 3.5. Схема приблизних розрахункових епюр нормального тиску

на грунт гусеничних тракторів з напівжорсткою підвіскою

На значній більшості сільськогосподарських тракторів застосовується балансирна підвіска. Для таких тракторів приблизною характеристикою розподілу нормальних тисків є значення нормальних реакцій грунту на опорні котки.

Значення сумарних нормальних реакцій грунту на опорні котки задніх У₂ і передніх У₁ балансирних кареток визначаються із рівнянь рівноваги сил, які діють на вісі кареток опорних котків (рис. 3.6). Рівняння рівноваги має наступний вигляд

де L_к – відстань між вісями опорних балансирних кареток, м.

Із рівняння (3.47) визначаємо, чому дорівнює У₁

У₁ = G – У₂. (3.49)

Отримане значення У₁ підставляємо в рівняння (3.48) і отримуємо

(G – У₂)(0,5L_к + Х_д) – У₂ (0,5L_к – Х_д) = 0. (3.50)

Виконуємо наступні арифметичні дії

G0,5L_к + GХ_д – У₂0,5L_к – У₂Х_д – У₂0,5L_к + У₂Х_д = 0; (3.51)

G (0,5 L_к + Х_д) – 2У₂0,5L_к = 0; (3.52)

G (0,5L_к + Х_д) = У₂L_к. (3.53)

Звідки

. (3.54)

Із рівняння (3.47) визначаємо, чому дорівнює У₂

У₂ = G – У₁. (3.55)

Отримане значення У₂ підставляємо в рівняння (3.48) і отримуємо

У₁ (0,5L_к + Х_д) – (G – У₁) (0,5L_к – Х_д) = 0. (3.56)

Рис. 3.6. Схема сил, які діють на гусеничний трактор з

двухопорною балансирною підвіскою при ста-

лому русі на горизонтальній поверхні:

О₁ і О₂ – вісь веденого і ведучого коліс; О_І і О_ІІ – вісі качання передньої і зад- ньої кареток; Ц.В.– центр ваги; G – вага трактора; а₀ – продольний винос Ц.В. відносно середини опорної поверхні гусениці; Д – центр тиску трактора; Х_д – величина зміщення центру тиску; У– нормальна реакція грунту на гу-сениці; Х_к – штовхаюча сила; Х_п – складова лобового опору; L_к – відс-тань між вісями опорних балансирних кареток; У₁ і У₂ – сумарні нормальні

реакції грунту на опорні котки передніх і задніх балансирних кареток

Виконуємо такі арифметичні дії

У₁0,5L_к + У₁Х_д – G0,5L_к + GХ_д + У₁0,5L_к – У₁Х_д = 0; (3.57)

2У₁0,5L_к – G (0,5L_к – Х_д) = 0; (3.58)

У₁L_к = G (0,5L_к – Х_д). (3.59)

Звідки

. (3.60)

Допустимим є зміщення центру тиску трактора х_д відносно середини опорної поверхні гусениці 20%.

Питання для самопідготовки та самоконтролю

25.Які особливості кінематики гусеничного рушія?

26.Які сили діють у гусеничному ободі при статичному положенні обода, при передачі ведучого моменту і на лобовій ділянці гусениці?

27.Які затрати з'являються у гусеничному рушії під час переміщення та як їх обчислити?

28.Як визначити загальний опір коченню гусеничного трактора і коефіцієнт корисної дії гусеничного рушія?

29.Як впливає буксування гусеничного трактора на тягово-зчіпні властивості?

30.Які зовнішні сили і моменти діють на гусеничний трактор у загальному випадку руху з причіпною та навісною машинами?

31.Що таке центр тиску гусеничного трактора та як знаходять його розташування при роботі з причепом і навісною машиною? Які способи регулювання розташування центра тиску Ви знаєте?

32.Як впливає тип підвіски остова трактора на характер епюр роз­поділу нормальних реакцій під опорною поверхнею гусениць?

33.У якому випадку епюра нормальних реакцій під опорною поверхнею гусениць носить лінійних характер та які форми вона може прийняти?

34.Як знайти реакції під опорними котками трактора з балансирною підвіскою остова?

4. Визначення зчіпної ваги та розподіл навантаження

по мостах повнопривідного трактора з шарнірно-з´єднаною рамою

Ефективність роботи повнопривідного трактора Т-150К з начіпними машинами значно залежить від зчіпної ваги і розподілу її по ведучих колесах. Саме це зумовлює необхідність аналізу силової дії начіпної машини на трактор та визначення характеру розподілу зчіпної ваги на опорах [4].

Аналітичні характеристики зміни зчіпної ваги і розподілу навантажень між передніми і задніми колесами та можливість поліпшення тягових властивостей трактора під час оранки визначали й раніше, але ці досліди проводили, в основному, з тракторами з одним ведучим мостом.

Максимально можливу дотичну силу тяги за умовами зчеплення коліс з ґрунтом для трактора за колісною формулою 4К2 визначають за рівнянням

, (4.1)

де У_к - нормальна реакція грунту на ведучі колеса;

φ - коефіцієнт зчеплення коліс з грунтом.

Для трактора з колісною формулою 4x4 дотичну силу тяги за умовами зчеплення можна виразити так

, (4.2)

де - зчіпна вага трактора.

Зчіпна вага трактора під час роботи його з начіпними машинами може бути значно більшою ваги самого трактора внаслідок силової дії на нього начіпної машини.

Визначимо зчіпну вагу повнопривідного трактора під час оранки з напівначіпним плугом. Для певної глибини оранки, тобто при вико­нанні заданого технологічного процесу обробітку грунту, зчіпна вага трактора дорівнюватиме сумі вертикальних навантажень на ведучі мости

, (4.3)

де У _п і У_к – вертикальні навантаження на мости трактора (відповідно передній, задній).

Нормальні сили дії грунту на ведучі колеса трактора (рис. 4.1) виразимо такими рівняннями

Рис. 4.1. Схема сил, що діють на колісний орний агрегат

у поздовжньо-вертикальній площині

Рис. 4.2. Вплив глибини оранки і ширини захвата плуга на зміну зчіпної ваги трактора Т-150К та розподіл її по ведучих мостах:

1,2,3 – відповідно n = 6,5,4 корпуси

(4.4)

(4.5)

де R_x – тяговий опір плуга;

У_н – нормальні сили грунту, що діють на опорне колесо плуга;

– результуюча вертикальних сил, що діяли на плуг;

h_r – глибина оранки;

L – поздовжня база трактора;

, – плечі сил;

, – статичне навантаження на мости трактора (відповідно передній, задній).

Результуючу вертикальних сил (G_п ± R_у), що діють на плуг, можна знайти через параметри, які визначають експериментально, використовуючи рівність, одержану з рівнянь моментів діючих на плуг сил, відносно миттєвого центра обертання (м. ц. о.) начіпної машини

(4.6)

де Х_к – сила опору коченню опорного колеса плуга;

h_x – відстань від м. ц. о. до опорної поверхні грунту (плече сили X_к); h _гв– плече дії сили R_x відносно м. ц. о.

Заміняючи у рівняннях (4.4), (4.5) вираз (G_n±R_у)його значенням з формули (4.6), після необхідних перетворень, одержимо

(4.7)

(4.8)

де , , , , – плечі сил.

Вирази (4.7), (4.8) можна записати і так

(4.9)

(4.10)

де А, В, С, Д – параметри, що залежать від глибини оранки, ширини захвата і кінематичних розмірів начіпного механізму трактора.

Враховуючи одержані значення нормальних сил дії грунту на ко­леса трактора, його зчіпну вагу визначимо так

(4.11)

де G_T – експлуатаційна вага трактора.

Рівняння (4.9…4.11) дають можливість визначити зчіпну вагу трактора та розподіл навантаження на ведучі мости залежно від умов роботи орного агрегату. Для цього слід експериментально встановити тяговий опір плуга і навантаження на опорне колесо, що не викликає утруднень. Параметри А, В, С, Д знаходимо графо-аналітичним методом за такими формулами

(4.12)

(4.13)

(4.14)

(4.15)

Під час оранки на встановлену глибину і ширину захвата визначаємо лінійні розміри , , , , , а потім за рівняннями (4.12…4.15) – параметри А, В, С, Д. При сталих глибині оранки та ширині захвата параметри А, В, С, Д також сталі. В цьому випадку вертикальні реакції грунту на мости трактора залежать лише від тягового опору R_x і навантаження У_нна опорне колесо плуга. Величини R_x тa У_н у свою чергу залежать від фізико-механічного складу грунту та швидкості руху агрегату.

Для визначення впливу напівначіпного плуга на динамічні показники повноприводного трактораекспериментально досліджувалась силова дія плуга ПЛП-6-35 на трактор Т-150К в лісостеповій зоні (Київська область, Васильківський район). При цьому насамперед визначали вплив глибини оранки, ширини захвату і швидкості руху агрегату на величину зчіпної ваги трактора та розподіл її по ведучих мостах. Глибина оранки змінювалася у межах 18 – 33 см, ширина захвата – 140 – 210 см. При встановленій глибині оранки і ширині захвату проводили по вісім дослідів з поступовим збільшенням швидкості руху від 0,5 до 3,5 м/с.

Горизонтальну складову тягового опору плуга R_x знаходили за допомогою динамометричної рами, яка встановлювалася на плуг (рама сконструйована в Українському науково-дослідному інституті механізації та електрифікації сільського господарства). Вертикальну реакцію грунту на опорному колесі плуга У_н вимірювали за допомогою спеціальної тензометричної осі.

Для реєстрації необхідних параметрів використовували тензометричну лабораторію, змонтовану на базі автомобіля ГАЗ-66.

Залежності вертикальних навантажень на мости трактора від зміни глибини оранки при сталій швидкості руху 2,5 м/с і різній ширині захвата наведено на рис. 4.2 і в табл. 4.1. Зазначені залежності мають параболічний характер. Внаслідок збільшення ширини захвату відбувається перерозподіл навантаження на мости трактора у бік зменшення глибини оранки.

Додаткове підвищення зчіпної ваги трактора дає можливість збільшити дотичу силу його тяги на величину

(4.16)

Із збільшенням зчіпної ваги трактора зростає також сила опору перекочуванню трактора. Приріст цієї сили становить

(4.17)

де f – коефіцієнт опору перекочуванню трактора.

Різниця величин приросту дотичної сили тяги та сили опору перекочуванню становитиме приріст тягового зусилля трактора

(4.18)

Таблиця 4.1

Вплив глибини оранки на збільшення зчіпної ваги повнопривідного трактора і розподіл її по мостах (швидкість руху агрегату 2,5 м/с)

Глибина оранки, см	Ширина захвата, см	Тяговий опір плуга, кг	Зчіпна вага трактора , кг	Розподіл ваги трактора по мостах, кг	Довантаження зчіпної ваги ΔGзч, кг	Можливий приріст тягового зусилля, ΔPг, кг
У п	Ук
		-	-	-	-	-	-

Підставляючи у рівняння (4.18) значення виразів та з формул (4.16) і (4.17), матимемо

(4.19)

Замінюючи зчіпну вагу трактора за рівнянням (4.11), одержимо

(4.20)

Для розрахунку величини можливого приросту тягового зусилля від додаткового збільшення зчіпної ваги трактора необхідно при експериментальних дослідженнях знайти величини R_x та У_н. Методика вимірювання їх викладена вище.

З рис. 4.2. видно, що збільшення зчіпної ваги трактора у порівнянні з експлуатаційною його вагою від силової дії плуга при ширині захвату 210 смстановить 390…1044 кгс, а при ширині захвату 175 см – 331…944 кгс. Із зміною глибини оранки від 18 до 33 смрозвантаження переднього моста відповідно досягає 441…1200 кгсдля шестикорпусного і 334…966 кгс – для п'ятикорпусного плугів. Довантаження заднього моста інтенсивніше і становить відповідно 841…2254 та 675…1920 кгс.

При коефіцієнті використання зчіпної ваги φ = 0,7 і коефіцієнті опору перекочуванню f = 0,09 завдяки такому збільшенню зчіпної ваги трактора на оранці дотична сила тяги використовується повніше.

З табл. 4.1 видно, що підвищення зчіпної ваги трактора викликає збільшення сили тяги відповідно на 241…640 кгспри ширині захвату плуга 210 см і на 206…580 кгс – при ширині захвату 175 см.

Таким чином, на підставі наведених розрахунків можна досить точно визначити зчіпну вагу трактора і розподіл її по ведучих мостах внаслідок силової дії плуга. Із збільшенням глибини оранки та ширини захвату агрегату довантаження трактора результуючою вертикальних сил, що діють на плуг, зростає, що викликає підвищення його зчіпної ваги.

Збільшення зчіпної ваги трактора дає можливість повніше використати дотичну силу тяги. Однак при вирівнюванні навантажень на мости тягові можливості трактора Т-150К обмежені недостатньою потужністю двигуна.

Питання для самопідготовки та самоконтролю

1. Як визначають максимально можливу дотичну силу тяги за умови зчеплення коліс з грунтом?

2. Чому дорівнює зчіпна вага трактора?

3. Як визначають величини нормальних реакцій грунту на передні і задні колеса повнопривідного трактора?

4. За якими залежностями визначаються параметри (А, В, С, Д), що залежать від глибини оранки, ширини захвату і кінематичних розмірів начіпного механізму трактора?

5. Як визначається горизонтальна складова тягового опору плуга R_x?

6. Як визначається вертикальна реакція грунту на опорне колесо плуга У_н?

7. Як здійснюється реєстрація параметрів роботи орного агрегата під час проведення випробовувань?

8. На яку величину можливо збільшити дотичну силу тяги при збільшенні зчіпної ваги трактора?

9. Чому дорівнює приріст сили опору перекочування коліс трактора при збільшенні зчіпної ваги?

10. Чому дорівнює приріст сили тяги на гаку при збільшенні зчіпної ваги?

5. Тягова динаміка і паливна економічність трактора

5.1. Баланс потужності трактора

Балансом потужності трактора називається рівняння, яке показує як використовується під час роботи потужність дизеля.

В загальному випадку роботи трактора рівняння балансу потужності має вигляд

N_е = N_тр + N + N_f ± N_i ± N_j + N_г + N_пр + N_ввп + N_w, (5.1)

де N_е - поточне значення потужності дизеля, кВт.

N_тр - втрати потужності в трансмісії при її передачі від дизеля до ведучого колеса (зірочки) трактора, кВт. Величина втрат залежить від числа і типу пар шестерень; типу карданної передачі; типу зчеплення; марки масла, яке використовується для мащення деталей трансмісії;

N - поточне значення втрат на буксування рушіїв, кВт. Величина втрат залежить від розміру шин; конструкції корда шин; тиску в камерах шини; навантаження на ведучі колеса;

N_f - поточне значення втрат потужності на перекочування рушіїв трактора, кВт. Величина втрат залежить від ваги трактора; конструкції і розміру шин; типу корда шини; тиску в камерах шин;

N_i - поточне значення втрат потужності на подолання під´йому, кВт. Якщо трактор рухається вгору то приймається знак “+”, а якщо вниз – “-“;

N_j - поточні значення втрат потужності на зміну швидкості руху трактора, кВт. При розгонах трактора приймається знак “+”, а при сповільненнях (зупинках) – “-“;

N_г - поточні значення втрат потужності на переміщення

сільськогосподарських знарядь, машини або причепів, кВт;

N_пр - втрати потужності в приводі ВВП, кВт. Числове значення N_пр вказується в паспорті трактора, або визначається експериментально по спеціальним методикам. Наприклад, шляхом випробовувань на гальмівному стенді. Детально ці методики розглядаються у відповідному курсі дисципліни “ЕМТП”;

N_ввп - потужність, яка передається через ВВП іншим механізмам або машинам, кВт. Числове значення N_ввп вказується в технічному паспорті механізма або машини;

N_w - поточне значення втрат потужності на подолання опору повітря, кВт.

Складові правої частини рівняння (5.1) визначаються за залежностями

(5.2)

(5.3)

(5.4)

(5.5)

(5.6)

(5.7)

(5.8)

де N_ен - номінальна потужність дизеля, кВт;

h_тр - механічний коефіцієнт корисної дії трансмісії на даній передачі;

- поточне значення буксування рушіїв;

N_к - поточне значення потужності на окружності ведучого колеса

(зірочки), кВт;

P_f - сила опору перекочування рушія, Н.

V_д - дійсна швидкість руху трактора, км/г;

P_і - сила опору під´йому, Н;

P_j - сила опору розгону (зміни швидкості руху), Н;

P_г - сила тяги на гаку, Н;

P_w - сила опору повітря, Н.

Номінальна потужність тракторного дизеля обчислюється за рівнянням

(5.9)

де P_гн1 - номінальна сила тяги на гаку на І-й передачі ІІ-го діапазона, Н;

V_д1 - дійсна швидкість руху трактора на І-й передачі, км/г;

К_п - коефіцієнт можливого перевантаження трактора;

h_тр1 – механічний коефіцієнт корисної дії трактора на І-й передачі.

Поточне значення буксування рушіїв колісного трактора визначається за залежністю

(5.10)

а гусеничного трактора –

(5.11)

де l_к - динамічний коефіцієнт навантаження ведучих коліс;

G - конструктивна вага трактора, Н.

Сила тяги на гаку дорівнює

Р_г = Р_к – Р_f, (5.12)

де Р_к - дотична сила тяги на окружності ведучого колеса, Н.

Поточне значення потужності на окружності ведучого колеса становить

N_к = N_е – N_тр. (5.13)

При прямолінійному сталому русі трактора по горізонтальній дорозі або полю загальний (повний) коефіцієнт корисної дії трактора визначається за залежністю

(5.14)

а тяговий коефіцієнт корисної дії становить

(5.15)

або

(5.16)

де h_f - коефіцієнт корисної дії, який враховує втрати на перекочування рушія;

h_d - коефіцієнт корисної дії, який враховує втрати на буксування рушіїв.

Коефіцієнти корисної дії h_f та h_d визначаються за залежностями

Дата добавления: 2017-02-01