Обоснование энергосберегающих режимов работы тракторов

1. Выписать из табл. 2.1 исходные данные по соответствующему варианту задания

2. Определить номинальное тяговое усилие заданного трактора Р_КРН и сравнить о значением, соответствующим его тяговому классу.

3. Определить энергосберегающий диапазон изменения тяговых усилий заданного трактора Р_КР = Р_КРО – Р_КРД и рассчитать соответствующие значения тягового КПД h _ТО h _ТД, а также буксование d _о d _Д.

4. Определить энергосберегающий диапазон рабочих скорей заданного трактора V_о – V_Д

5. Показать полученные диапазоны Р_КРО – Р_КРД и V_о – V_Д на примерной тяговой характеристике трактора

6. Представить итогове результаты расчетов по каждому пункту в форме таблицы, приведенной в конце задания.

Основные положения

Основной целью задания является получение студентами навыков самостоятельного выбора режимов высокоэффективного использования тракторов в зависимости от условий работы.

Трактор является промежуточным звеном при передаче энергии от двигателя к рабочим органам с.-х. машин. Поэтому одной из целей решения соответствующих задач является обоснование такого оптимального скоростного режима, при котором потери энергии при ее передаче к с.-х. машине будут минимальными с учетом допустимого буксования.

Таким образом, с позиций системного подхода полученный в первом задании оптимальный режим загрузки двигателя дополняется оптимизацией режима работы самого трактора.

Методические указания по выполнению задания 2

Методические указания охватывают все основные типы используемых и перспективных тракторов.

1. Исходные данные из табл. 2.1 выписываются в соответствии с номером варианта задания.

Таблица 2.1

Варианты заданий

2. Номинальным тяговым усилием в соответствий с принятой в нашей стране классификацией тракторов называют тяговое усилие трактора базового типа, реализуемое на стерне колосовых нормальной твердости и влажности на суглинистом черноземе при регламентируемом (допустимом по агротехническим требованиям) уровне буксования: 0,15 – для колесных 4К4; 0,17–0,18 – для колесных 4К2 и 0.05 – для гусеничных тракторов при работе двигателя на регуляторной ветви характеристики.

По указанному показателю принято десять, классов с.-х. тракторов 0,2; 0,6; 0,9; 1,4; 2; 3; 4; 5; 6; 8. Указанные цифры соответствуют значениям номинальных тяговых усилий тракторов в тонно-силах, поскольку тяговые классы тракторов принимались тогда когда инженерные расчеты проводили в технической системе единиц (МкГС), в которой единицами измерения силы являлись килограмм-сила и тонна-сила. Для перехода к современной системе (СИ) значения тяговых классов тракторов переводят килоньютоны (кН) путем умножения на 10. При этом в пределах каждого тягового класса оказываются тракторы определенного диапазона номинальных тяговых усилий Р_КРН. Соответствующие литературные данные приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2.

Тяговые классы тракторов и соответствующие диапазоны номинальных тяговых усилий

Верхние границы каждого диапазона в табл. 2.2 также относятся к соответствующему классу тяги.

Номинальное тяговое усилие заданного трактора Р_КРН в указанных ранее условиях рассчитывается по формуле (кН)

,

где т – эксплуатационная масса трактора, кг; g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²; j _Д – коэффициент сцепления движителей трактора с почвой при допустимом буксовании; l – доля веса трактора, приходящаяся на движители (коэффициент нагрузки ведущих колес); f – коэффициент сопротивления качению трактора.

При практических расчетах пользуются упрощённым равенством

(2.1)

где G_H – номинальный эксплуатационный вес трактора, соответствующий допустимому (номинальному) буксованию, кН, j _KPH – коэффициент использования сцепного веса трактора при допустимом (номинальном) буксовании.

На основании обобщения многочисленных тяговых испытании тракторов по литературным данным рекомендуются следующие значения j _KPH для практических расчётов.

j _KPH = 0,37–0,39 – для колёсных тракторов 4К2;

j _KPH = 0,40–0,45 – для колёсных тракторов 4К4;

j _KPH = 0,50–0,60 – для гусеничных тракторов.

Подставив значение j _KPH в (2.1), получим расчетное номинальное тяговое усилие трактора Р_КРН, которое следует сопоставить с данными табл. 2.2. Определенное расхождение, естественно, неизбежно, но в целом результаты должны быть близкими.

3. Энергосберегающий диапазон изменения тяговых усилий трактора находится и зоне Р_КР = Р_КРО … Р_КРД – между значениями Р_КРО при максимальном тяговом КПД h _Т = h _Тт и Р_КРД при допустимом буксовании d = d _Д (значения d _Д приведены ранее).

Обоснование диапазона изменения Р_КР. При максимуме тягового КПд, когда h _Т = h _Тт, суммарные непроизводительные потери мощности в самом тракторе на самопередвижение и на буксование будут наименьшими (потери мощности в трансмиссии при установившемся режиме работы можно принять постоянными). Однако трактор используется с с.-х. машинами, тяговое сопротивление большинства которых возрастает с увеличением скорости трактора, соответственно и всего агрегата. Энергосберегающий режим работы при этом смещается в сторону меньших значений рабочей скорости трактора и агрегата тем значительнее, чем больше влияние скорости на тяговое сопротивление с.-х. машины. Такое уменьшение скорости возможно только до значений V_Д и Р_КРД, соответствующих допустимому буксованию d = d _Д. Как будет показано в последующих заданиях, в диапазоне Р_КР = Р_КРО … Р_КРД трактор работает в энергосберегающем режиме с большинством с.-х. машин. Если тяговое сопротивление с.-х. машины мало зависит от скорости ТО энергосберегающие режимы трактора и всего агрегата совпадают при Р_КР = Р_КРО.

Для определения Р_КРО необходимо выразить тяговый КПД трактора в функции Р_КР, на основании известного из теории трактора исходного выражения

h _Т = h _ТP × h _f × h_d (2.2)

где h _Т – тяговый КПД трактора; h _ТP; h _f; h_d – КПД, учитывающие потери мощности соответственно в трансмиссии, на самопередвижение трактора и на буксование.

Значение, h _ТP для установившегося режима рабочего хода трактора приближенно можно принять постоянным (в расчетах можно принять ус­редненное значение h _ТP» 0,88).

Для определения h _f воспользуемся равенством

(2.3)

где Р_КР, P_K – значения тягового усилия и касательной силы трактора, кН; j _кр = Р_КР / 10^-3 × mg – коэффициент использования эксплуатационного веса трактора; P_f = 10^-3 × mg × f – сила сопротивления качению трактора, кН.

Значение h_d зависит от самого буксования d.

h_d = 1 – d (2.4)

Буксование d при этом также определяется в функции j _KP по эмпирической формуле

(2.5)

где а, в - эмпирические коэффициенты, определяемые по результатам тя­говых испытаний тракторов.

При этом для всех однотипных тракторов на одном и том же поч­венном фоне значения а и в примерно одинаковые, что существенно уп­рощает практические расчеты.

На основании (2.2)–(2.5) получим значение тягового КПД трактора в функции j _KP.

(2.6)

По условию d× h _Т / d ×j _кр = 0 получим оптимальное значение j _КРО, обеспечивающее максимум тягового КПД трактора (h _Т ® max):

(2.7)

где ;

Перед корнем знак «+» при S < 0 и d < 0, а в остальных случаях знак «-».

По значению j _KPО определим соответствующее оптимальное тяговое усилие трактора:

(2.8)

Численные значения а, в и f приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Значения a, в, f

Значение j _KPД при допустимом буксовании получим из (2.5) при d = d _Д.

(2.9)

Затем можно рассчитать соответствующее допустимое тяговое уси­лие трактора

(2.10)

На основании (2.8), (2.10) получим искомый энергосберегающий диапазон изменения тяговых усилий трактора:

Р_КР = Р_КРО … Р_КРД, (2.11)

в пределах которого в последующем должны рассчитываться соответст­вующие агрегаты.

Максимальное значение тягового КПД трактора h _ТО, соответствую­щий Р_КРО получим из (2.6) при j _KP = j _KPО, определяемом из (2.7), а значе­ние h _ТД при допустимом буксовании – из (2.6) при j _KP = j _KPД, определяе­мом из (2.9).

При j _KP = j _KPО можно определить также буксование d _о, соответст­вующее максимуму тягового КПД трактора:

(2.12)

4. Для определения энергосберегающего диапазона рабочих скоро­стей трактора V_о и V_Д, соответствующих Р_КРО и Р_КРД, воспользуемся с уче­том (2.3) равенством:

(2.13)

где N_Н – номинальная мощность двигателя трактора (выбирается из табл. 1.2 первого задания), кВт; e _N – коэффициент загрузки двигателя; V_T – теоретическая скорость трактора, м/с.

Рабочая V и теоретическая V_T скорости связаны соотношением:

(2.14)

Приближенно, с учетом данных табл. 1.3, из задания 1 для e _N можно принять значение e _N» 0,90.

Значения скоростей V_о и V_Д на основании (2.13), (2.14) определяются из равенств:

(2.15)

(2.16)

где Э = N_H /(10^-3 m) – энергонасыщенность трактора, кВт/т.

Энергосберегающий диапазон скоростей при этом составит:

V = V_Д – V_o (2.17)

Из полученных результатов следует, что энергосберегающий диапазон скоростей для однотипных тракторов на одинаковых почвенных фонах и при равных энергонасыщенностях будет один и тот же, что существенно облегчает практические расчеты.

5. Диапазоны энергосберегающих значений тяговых усилий Р_КР = Р_КРО … Р_КРД и рабочих скоростей V= V_Д – V₀ показаны на рис. 2.1 на примерной тяговой характеристике трактора.

Значения Р_КРО и Р_КРД примерно соответствуют передаче, на которой тяговая мощность N_KP имеет наибольшее значение, N_KP = N_KPm, а значение Р_КРД и V_Д определяются при d = d _Д, как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Примерная тяговая характеристика

Если имеется опытная тяговая характеристика трактора на данном почвенном фоне, то приближенные значения Р_КРО, V_о, d _о, и Р_КРД, V_Д, d _Д вы­бираются непосредственно по тяговой характеристике, а значения h _Т и h _ТД рассчитываются по формулам:

; (2.18)

Если описанный, энергосберегающий режим работы трактора в диа­пазоне Р_КР = Р_КРО – Р_КРД не может быть реализован по агротехническим или другим причинам, то за пределы указанного диапазона можно пере­ходить только при значениях Р_КР < Р_КРО и соответственно V > V_o, то есть в сторону повышенных скоростей при обеспечении требуемого качества ра­боты. При необходимости возможен и переход на частичный режим рабо­ты двигателя, описанный в предыдущем задании. Во всех указанных слу­чаях удельный расход энергии и топлива на единицу объема выполненной работы будет больше по сравнению с оптимальным режимом работы дви­гателя и трактора.

При выполнении данного задания на компьютере (исследовательская студенческая работа) следует получить закономерности изменения опре­деляемых параметров и показателей, работы трактора для всего диапазона изменения действующих факторов с последующим научным, анализом, и практическими рекомендациями под руководством преподавателя.

Например, можно проанализировать влияние на показатели работы трактора массы балласта, а также дополнительной нагрузки на ходовую часть трактора, создаваемой устройствами типа гидроувеличителя сцепно­го веса (ГСВ).

Для этого в соответствующих равенствах эксплуатационный вес трактора G = 10^-3 mg упрощенно следует представить в виде:

(2.19)

где m _d – общая масса балластных грузов, кг; P_Г – нормальная нагрузка на ходовую часть трактора, создаваемая ГСВ, кН; m_o – эксплуатационная масса трактора без балластных грузов, кг.

Изменяя m _d и Р_Г в соответствующих пределах, можно обосновать желаемый энергосберегающий режим работы трактора.

При более точных расчётах следует учитывать перераспределение веса трактора между осями другие факторы, включая устойчивость и управляемость в соответствии с теорией трактора.

6. Итоговые результаты расчётов по пунктам, включая исходные данные

Выполнил ________________________ Ф.И.О. студента

подпись

Принял ________________________ Ф.И.О. преподавателя

подпись

ЗАДАНИЕ 3