ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

ПРИРОДА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТОЛКАЮЩЕЙ СИЛЫ ТРАКТОРА



В отличии от ведомого колеса (пассивного) к ведущему (активно­му) подводится крутящий момент от двигателя через трансмиссию. Ха­рактер взаимодействия ведущего колеса существенно отличается от рассмотренного выше. На рисунке 95 показано взаимодействие ведуще­го колеса с почвой.

При подводе крутящего момента Мк к ведущему колесу движение трактора наступает не сразу. Первоначально почвозацеп, внедренный в почву двигается назад и прессует почву в горизонтальном направлении в сторону, противоположную направлению движения. При этом происходят два взаимосвязанных явления.

Первое. В результате такого прессования почвы теряется путь на величину AS и теряется скорость движения трактора. Этот процесс по­лучил название буксование ведущего колеса и играет отрицательную роль.

Второе. В результате горизонтального прессования почвы в сторо­ну, противоположную направлению движения, в почве возникает гори­зонтальная реакция Хк , направленная по направлению движения трак­тора. Эта реакция получила название толкающей силы, которая приво­дит в движение трактор, преодолевая все силы, препятствующие его движению, в том числе силу сопротивления качению Р/ и силу тяги на крюке Рк„.

На рисунке 95 обе эти силы входят в реакцию остова Fk. Силу тяги на крюке Ркр можно с определенной степенью точности назвать силой сопротивления рабочего органа сельскохозяйственной машины, напри­мер, плуга. Очевидно, чем больше сила Ркр, т.е. чем больше сопротивле­ние плуга, тем больше должна быть толкающая сила Хк, а следовательно больше должно быть горизонтальное прессование почвы, т.е. больше будет буксование.

В этом заключается глубокое противоречие в динамике трактора: повышение силы тяги (этот фактор положительный) со­провождается увеличением буксования (этот фактор отрицательный).

Рис. 95. Взаимодействие ведущего колеса с почвой: Gk - вес трактора, приходящийся на ведущее колесо;

Мк - крутящий момент, подведенный к ведущему колесу; Fk - реакция со сторо­ны остова трактора на ведущее колесо; rk - динамический радиус ведущего ко­леса; Yk - нормальная реакция почвы на ведущее колесо

На буксование трактора теряется часть мощности, поступающей на ве­дущее колесо трактора. При этом уменьшается полезная мощность на крюке. Это обстоятельство является второй сложнейшей проблемой в динамике трактора. Для решения этой проблемы необходимо, чтобы как можно больше почвозацепов одновременно взаимодействовало с поч­вой. Поэтому гусеничный трактор имеет меньшее буксование и, следо­вательно, лучшие тяговые и сцепные качества. Дальнейшее уменьшение буксования в гусеничном тракторе возможно с применением резиновой гусеницы вместо металлической. Это обстоятельство объясняется сле­дующим образом (рис. 96).

Рис. 96. Взаимодействие почвозацепа гусеничного движителя с почвой

Строго говоря, толкающую силу Хк можно представить как сумму двух сил: сила сцепления Рхщ почвозацепа с почвой и сила трения Fmp гусеницы с почвой. Кстати, такое представление толкающей силы рас­крывает физический смысл процесса сцепления движителя с почвой, являющегося решающим фактором эффективного использования трак­тора. Именно сила зацепления Рюц напрямую связана с буксованием, а величина силы трения Fmp зависит от материала гусеницы. Толкающая сила Хк пропорциональна силе тяги на крюке Ркр и при мгновенном рас­смотрении системы: движитель-почва Ркр, величина постоянна. Следо­вательно, если при этом удается за счет каких-то приемов увеличить силу Fmp, то сила Ртц автоматически снижается и уменьшается буксова­ние. Одним из способов увеличения силы Fmp является замена стальной гусеницы, у которой коэффициент трения с почвой значительно больше.

Реально коэффициент трения может быть увеличен в два раза. Сле­довательно, можно в два раза уменьшить силу Ршц, что автоматически во столько же раз снижает буксование и потери мощности на буксова­ние, вследствие чего возрастает полезная мощность на крюке и произ­водительность трактора. Резиновая гусеница применяется на тракторе "Челленджер" фирмы "Катерпиллар" (США).

Буксование зависит от типа движителя и типа почвы. У колесного трактора на той же самой почве буксование больше, чем у гусеничного, т.к. у него меньшее количество почвозацепов одновременно находится в зацеплении с почвой. Следовательно, у колесного трактора тягово-сцепные качества ниже, чем у гусеничного.

При работе на более рыхлых почвах (вспаханное поле; поле, подго­товленное под посев и др.) буксование больше, чем на более твердых почвах (целина, залежь и др.). При движении трактора по асфальту, бе­тону, укатанной дороге и другим твердым дорожным покрытиям сцеп­ление движителя с почвой обусловлено только наличием трения между опорной поверхностью движителя и почвой.

Количественно процесс буксования оценивается коэффициентом буксования S, который равен отношению разницы теоретической v, и действительной v(, скоростей к теоретической скорости:

Эта формула раскрывает физический смысл процесса буксования: в числителе указана величина потери скорости. При этом под теоретиче­ской скоростью понимают скорость движения трактора без нагрузки на крюке, когда условно считают, что буксование отсутствует. Хотя из сказанного выше очевидно, что если есть движение трактора, то имеет место и буксование.

Как сказано выше, с увеличением силы тяги на крюке буксование возрастает, эта зависимость представлена кривой буксования (рис. 97).

Рис. 97. Кривая буксования

Кривой буксования называют зависимость коэффициента буксова­ния от силы тяги на крюке.

Для различных типов движителей и колесных формул кривые бук­сования разные (рис. 98).

Pкрфmax - это предельная сила тяги на крюке, реализуемая по сцеп­лению движителя с почвой, при которой наступает 100%-ное буксова­ние и трактор останавливается.

где коэффициент сцепления движителя с почвой, зависящий от типа движителя и типа почвы;

Рис. 98. Кривые буксования для различных типов движителей: а - гусеничный трактор (например, Т—150); б - колесный трактор с колесной фор­мулой 4К4 (например, Т-150К со всеми ведущими колесами); в - колесный трак­тор с колесной формулой 4К2 (например, Т-150К с двумя ведущими колесами)

Gсцсцепной вес трактора, т.е. вес, участвующий в сцеплении

движителя с почвой, т.е. вес, приходящийся на ведущие колеса трактора.

где тэ - эксплуатационная масса трактора;

- коэффициент использования веса трактора;

= 1 для гусеничного трактора и колесного с колесной фор­мулой 4К4;

= 0,70...0,75 для колесного трактора с колесной формулой 4К2;

g - ускорение свободного падения.

Чем больше сцепной вес трактора, тем больше и выше тягово-сцепные качества трактора. Таким образом, самые высокие тягово-сцепные качества имеет гусеничный трактор, несколько ниже они у ко­лесного трактора со всеми ведущими колесами (4К4) и самые низкие - у колесного трактора с двумя ведущими колесами (4К2).

Кроме того, кривые буксования оказываются разными для различ­ных почвенных фонов (рис. 99).

Рис. 99. Кривые буксования для различных почвенных фонов:

1 - стерня, 2 - вспаханное поле, 3 - поле, подготовленное под посев

Для повышения тягово-сцепных качеств применяют целый ряд способов: догрузка ведущих колес, полугусеничный ход, арочные ши­ны, все ведущие колеса, модульное энергетическое средство (МЭС) и др.

ТЯГОВЫЙ БАЛАНС ТРАКТОРА

Итак, в предыдущих параграфах было рассмотрено, какие силы возникают при взаимодействии движителя с почвой, главными из них являются: толкающая сила тяги, ее чаще называют касательной силой тяги на колесе и обозначают Рк сила сопротивления качению (самопе­редвижению) Рf, сила тяги на крюке Ркр. Кроме того, на трактор может действовать сила сопротивления подъему Ра (при движении на подъем), сила сопротивления воздуха Рп, и сила инерции Pj, (при движении трак­тора в неустановившемся режиме при разгоне и торможении). Между этими силами всегда должен существовать баланс, который записывает­ся в виде следующего уравнения тягового баланса:

Из всех сил, находящихся в правой части уравнения полезной явля­ется сила тяги на крюке Рkp, остальные силы следует уменьшать различ­ными способами. Обычно тяговую динамику трактора рассматривают для случая движения по горизонтальной дороге в установившемся ре­жиме, а силой сопротивления воздуха пренебрегают. Тогда уравнение тягового баланса принимает простой вид:

Выше было сказано, как следует уменьшить силу Pf с целью увели­чения силы Ркр и повышения производительности трактора.

 

МОЩНОСТНОЙ БАЛАНС ТРАКТОРА

 

Как известно, мощность — это есть произведение силы на скорость движения. Поэтому, аналогично тому, как существует баланс сил оче­видно должен существовать и баланс мощностей, описываемый уравне­нием мощностного баланса.

Уравнение мощностного баланса показывает, на какие составляю­щие расходуется эффективная мощность двигателя Л^, и в общем виде записывается:

где Nmp - потери мощности в трансмиссии, кВт;

Nf - потери мощности на качение (самопередвижение) трактора;

потери мощности на буксование;

Na - потери мощности на преодоление подъема;

Nj - потери мощности на преодоление сил инерции;

NВОМ - мощность, отводимая через вал отбора мощности трактора;

Nw - потери мощности на преодоление сопротивления воздуха;

Nkp - полезная мощность на крюке.

Обычно для оценки тяговых и мощностных качеств трактора мощ-ностной баланс рассматривают для случая движения по горизонтальной дороге в установившемся режиме без отбора мощности через ВОМ. При этом потерей мощности на преодоление сопротивления воздуха пре­небрегают.

Тогда уравнение мощностного баланса примет вид:

Для наглядности и возможности проведения анализа мощностных качеств трактора по этому уравнению строят график мощностного ба­ланса (рис. 100).

Рис. 100. График мощностного баланса

Из графика видно, что с увеличением силы тяги на крюке потери мощности в трансмиссии Nтр остаются неизменными, потери мощности на качение Nfуменьшаются в связи с уменьшением скорости vd, потери мощ­ности на буксование возрастают в связи с увеличением коэффициента буксования . Полезная мощность на крюке NKp представляющая собой вначале растет, затем при каких-то значениях Рkp достигает максимального значения, а затем уменьшается. Это объясняется тем, что при средних значениях Рkp сумма всех потерь оказывается наи­меньшей, а при малых и больших значениях Рkp она максимальна, а следо­вательно, Nkp - минимальна. При , т.к. вся мощность на колесе NK = Nemax - Nmp затрачивается на потерю Nf. При , т.к. вся мощность на колесе NK затрачивается на потери .

Пользуясь графиком, можно при любых значениях Ркр определить составляющие мощностного баланса. Для этого из заданного на оси абсцисс значения Ркр восстанавливается перпендикуляр до пересечения со всеми линиями графика (рис. 100). Соответствующие ординаты и будут являться графическим изображением составляющих мощностного баланса.

Пользуясь графиком можно, установить рабочую зону, в которой следует располагать рабочие передачи ступенчатой трансмиссии. Оче­видно их следует располагать в зоне максимального крюкового КПД (на рис. 100 - это примерно в средней зоне, в зоне Ркр от 15000 Н до 40000 Н).

Зависимость Nkp от Ркр называют потенциальной и получить ее можно, если на трактор установить бесступенчатую автоматическую трансмиссию. Следовательно, график на рисунке 100 можно одновре­менно назвать тяговой характеристикой трактора с бесступенчатой ав­томатической трансмиссией. Надо сказать, что это наилучшая тяговая характеристика, которую можно обеспечить для данного трактора и для данного почвенного фона. Однако и эту характеристику можно и нужно улучшать, если снижать потери мощности Nmp, Nf и . Потери мощно­сти в трансмиссии в эксплуатационных условиях можно снижать за счет лучшей очистки смазки, поддержания регламентируемого уровня смаз­ки в картере.

Методы снижения потерь мощности Nf- и рассмотрены были в предыдущих параграфах. Необходимо применять любые методы, сни­жающие силу сопротивления качению Pf и коэффициент буксования 8. По мере уменьшения потерь мощности Nmp, Nf и Ng , потенциальная кри­вая будет проходить выше, выше будет мощность NKp и КПД . Это обу­словливает увеличение производительности трактора.





Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.239.51.78 (0.008 с.)