Обоснование сбалансированного соотношения между мощностью двигателя и массой сельскохозяйственного трактора

Обоснование оптимального или сба

симуме тягового КПД трактора как обоб-

лансированного соотношения между мощностью двигателя N e и массой m сельскохозяйственного трактора, целью которого является настоящая работа, представляет собой назревшую задачу в связи с повышением рабочих скоростей и энергонасыщенности факторов.

Считаем, что в качестве критерия оптимальности целесообразно принять максимум производительности машиннотракторного агрегата при выполнении полевых работ. Так как производительность агрегата W a с трактором, работающим в тяговом режиме, определяется как произведение рабочей ширины B (м) технологической машины-орудия, скорости движения V и коэффициента использования времени K a , учитывающего непроизводительные его потери на простои, холостые переезды и тому подобное, то

W a = K a • B • V .          (1)

При этом тяговое усилие трактора Р кр равно:

Ркр = Куд • В, где Куд - удельное сопротивление машины-орудия, отнесенное к единице рабочей ширины.

Тогда

P

W = К • ~ • V .

aa

Kуд

Записав Р ^ • V = N , получим

N

W_a = Ка • ~ ,          (2)

aa

Kуд где Nкp - тяговая (крюковая) мощность трактора.

Согласно тяговой характеристике, огибающая по вершинам кривых тяговой мощности на разных передачах является потенциальной тяговой характеристикой и в соответствующем масштабе представляет собой кривую тягового коэффициента полезного действия (КПД) трактора п _ж [1]:

щающего показателя его тягово-энергетических свойств.

Общеизвестно, что

^П тяг

П тр

• П f • П = Птр

V

Р 1

Рк 7

• ( 1 - 5 ) , (3)

где множители характеризуют потери мощности соответственно в трансмиссии, при качении и буксовании трактора;

Р - сила сопротивления качению

трактора;

P - касательная сила тяги ведущих колес трактора;

5 - коэффициент буксования.

Преобразуем зависимость следующим образом. Силу сопротивления качению определим по известной формуле

Pf = f • m • g ,

а касательную силу тяги - из соотношения Ne • Птр = Рк • Vt , где f - коэффициент качения;

g - ускорение свободного падения;

V - теоретическая (при отсутствии буксования) скорость движения трактора.

Для вычисления коэффициента бук-

сования воспользуемся выражением:

5 = а •

Р кр

Ф кр • m • g

+ в •

с

Ркр

V Фкр • m • g J

где а, в, с - эмпирические коэффициенты;

^ = ( ^ - f ) - коэффициент использова-

П тяг

N кр

N ен

где N - эффективная мощность двигателя на национальном режиме его работы.

Следовательно, максимум производительности агрегата (2) будет при максимуме тяговой мощности и, значит, при мак-

ния веса трактора;

^._ч - коэффициент сцепления.

Так как максимум тягового КПД трактора существует только при относительно малом буксовании, когда зависимость 5 ( Р_кр ) практически линейная, то в приведенной формуле для коэффициента 5 ограничимся первым членом, а силу Р^ выразим как разность сил - касательной Р_к и сопротивления качению Р^ :

N • п

Р кр = Р к - Р f = -^Ттр - f • m • g .

VT

N

В результате, приняв —e = x , запи- m

шем

^П тяг

П тр

1 -

f • g • VT )

•  1 — a •

Птр • x J (

Птр ' x Фкр • g • VT

+ а • f'

Ф кр J

.

Максимум П тяг

получим, приравняв нулю производную

д П тяг дх

д П тяг ₌ - а ^ ^П Тр " х ^{2 +} g ² ^ ^VT ‘ ^f \фкр ⁺ a ^ ^f ) ^д х                 g ‘Ф кр • ^VT • xx

Тогда

X опт

V g • -

П тр

Ф

f • f+^р

Таким образом, оптимальное соотношение между мощностью двигателя и массой трактора, то есть оптимальное значение показателя энергонасыщенности сельскохозяйственного трактора, определяется, прежде всего, величиной теоретической (расчетной) скорости, зависящей от назначения трактора и вида основных технологических полевых операций, выполняемых агрегатом. Для условий работы трактора на стерне зерновых колосовых, оговариваемых типажом, значения коэффициентов уравнения (6) по данным испытания тракторов на Сев.-Кав. МИС и наших исследований [2], характерных для основных зерносеющих районов в острозасушливых зонах страны, составляют:

f = 0,06 — 0,08 ; ф кр = 0,66 — 0,70;

a = 0,18 — 0,22 (колесные тракторы 4К4)

и f = 0,04 — 0,05 ; ф кр = 0,72 — 0,76;

a = 0,06 — 0,08 (гусеничные тракторы).

Тогда, при ПпР = 0,92 оптимальный показатель энергонасыщенности в среднем будет равен:

для колесных 4К4 тракторов и

= 7,4 • V t

для гусеничных тракторов.

В принятом интервале рабочих скоростей от 7 до 9 км/ч (гусеничные тракторы) и от 8 до 12 км/ч (колесные тракторы).

Рекомендуемому показателю энергонасыщенности соответственно (14,1–18,5) т и (11,7–17,5) т отвечает ряд трак- кг

кг

торов преимущественно новых разработок: Т-150 (16,5), Т-250 (14,4), Беларус-1523 (18,4), Беларус-1222 (15,5), АТМ-3180 (19,5); (в скобках указан показатель энергонасыщенности в ^т ).

кг

Экспериментальные исследования тяговых показателей гусеничных [3, 4] и колесных [2] тракторов, в принципе, подтвер- ждают приемлемую адекватность предложенных зависимостей (6, 7, 8), которые также позволяют прогнозировать оптимальные значения массы сельскохозяйственного трактора и его рабочей скорости.

Одним из примеров этого является сравнение расчетных показателей с результатом тяговых испытаний тракторов К-701 и К-701М с шинами разных типоразмеров на стерне ячменя [2]. При оптимальной расчетной скорости 3,1 м/с экспериментально она равна 3,3 м/с, что позволяет считать их практически одинаковыми.

Выводы

• 1.    Сбалансированное соотношение между мощностью двигателя и массой сельскохозяйственного трактора предлагается определять по максимальной величине тягового КПД.

• 2.    Полученные зависимости позволяют прогнозировать оптимальные значения массы трактора и рабочей скорости.