Прямая оценка удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому КПД Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.114.2

ПРЯМАЯ ОЦЕНКА УДЕЛЬНОГО ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА, ОПТИМАЛЬНОГО ПО ТЯГОВОМУ кпд

В.И. Костюченко

На базе зависимости потенциальной тяговой характеристики получено прямое аналитическое выражение удельного тягового усилия гусеничного трактора, оптимального по тяговому КПД. Значение этого усилия определяется величинами максимального коэффициента сцепления и коэффициента сопротивления передвижению трактора.

Перечень обозначений и сокращений

Кщ, - удельная тяговая мощность;

ИЕ - удельная мощность двигателя;

Ык - удельная мощность на ведущих колесах;

Ркр > Ркро ~ Удельное и оптимальное удельное тяговое усилие, соответственно;

ФкРмакс ~ максимальный коэффициент сцепления (максимальное удельное тяговое усилие);

N

Г}Т = —— - тяговый КПД;

NЕ

Т]ГР - КПД трансмиссии;

/ - коэффициент сопротивления передвижению;

8 - коэффициент буксования;

V - действительная скорость.

Основными критериями эффективности тракторов сельскохозяйственного назначения являются средняя тяговая мощность или тяговый КПД, обеспечивающие его максимальную производительность и топливную экономичность [1, 2, 3, 5, 6]. Это связано с двумя моментами. Во-первых, рабочие процессы таких машин в агрегате с типичными орудиями (плуг, борона, культиватор, лущильник и др.) стационарны по тяговому сопротивлению и скорости [1, 4, 5, 6]. Во-вторых, доля холостого хода (разворота) во времени рабочего процесса пренебрежимо мала, т.е. рабочий процесс состоит практически из одного рабочего хода:

где Т ,ТР - продолжительности всего рабочего процесса и рабочего хода.

Таким образом, усилие, соответствующее максимальной эффективности трактора сельскохозяйственного назначения, т.е. его максимальной тяговой мощности или тяговому КПД, является оптимальным. Такое усилие определяется по потенциальной тяговой характеристике трактора для наиболее типичного грунтового фона, как правило, для стерни нормальной влажности и плотности [1,2, 3].

Знание оптимального тягового усилия позволяет напрямую выбирать необходимые для проектируемого трактора рабочие орудия, а затем оценивать оптимальные параметры моторнотрансмиссионной установки.

Зависимости потенциальной тяговой характеристики и тягового КПД гусеничного трактора. Показатели тяговой характеристики трактора представим в удельном виде, т.е. отнесем их к весу трактора, при этом зависимости будут справедливы для тракторов различных классов.

Костючвнко В.И.

Прямая оценка удельного тягового усилия гусеничного ____________трактора, оптимального по тяговому КПД

Из классической теории трактора [1, 2, 3, 7] известны зависимости потенциальной тяговой характеристики и тягового КПД в следующем виде:

Ґ „ >

NКР ~ NЕ^ТР Ґ

Фкр

М).

Щ ~ Цтр

Фкр

М).

(1)

(2)

*Ркр + /,

В работах [8, 9] для гусеничных тракторов предложена удобная формула для коэффициента буксования, наиболее широко применяемая для тяговых расчетов:

дСт — 1

1

Фкр

0,05

(3)

ФкРмакс У

Подставляя (3) в (1) и (2), получим зависимости потенциальной тяговой характеристики и тягового КПД в функции удельного тягового усилия:

С V \0-05

N кр — ^еЛтр

Фкр

Фкр

Фкр f V

1-

1-

Фкр

Фкр

ФкРмакс J \ 0,05

Фкр>

(4)

(5)

умакс )

Удельное тяговое усилие, оптимальное по тяговому КПД. Исследуя (5) на экстремум при фиксированных значениях и /, зависящих от типа ходовой системы трактора и

грунтового фона, получим значение оптимального удельного тягового усилия по тяговому КПД:

, ------------------ ^

Фкро ~ /

110,25 + 20

ФкРм

/

•10,5

(6)

Аналитическое выражение (6) позволяет напрямую оценивать <рКР0 для любого гусеничного трактора на этапе его проектирования. Значение <рКР0 для потенциальной тяговой характеристики, выражаемой (4), не зависит от мощности двигателя, веса трактора и КПД его трансмиссии, а определяется только значениями <рКРмакс и /. Отсутствие связи (ркю и т]тр означает независимость Фкро от типа трансмиссии трактора. Значения (Ркрд гусеничных сельскохозяйственных тракторов для практически интересных диапазонов (рКРмакс = 0,75...0,95 и /= 0,07...0,1 представлены в таблице и на рисунке и находятся в пределах 0,526...0,683. Значение <Ркр0 увеличивается с ростом (романс и /, т.е. при улучшении тягово-сцепных качеств (увеличении <рКРмакс) трактора <рКРО растет, а при улучшении ходовых качеств (снижении /) трактора (рКР0 снижается. Для трактора со средними тягово-сцепными и ходовыми качествами на стерне при =

= 0,85 и / = 0,08 (ркр0 составляет 0,597.

Значения оптимальных удельных тяговых усилий гусеничных сельскохозяйственных тракторов

/ ФкРмакс

0,75 0,8 0,85 0,9 0,95

0,07 0,526 0,553 0,580 0,607 0,633

0,08 0,540 0,569 0,597 0,625 0,652

0,09 0,553 0,582 0,612 0,640 0,668

0,1 0,563 0,594 0,624 0,654 0,683

Серия «Машиностроение», выпуск 7

91

Расчет и конструирование

0,7

0,68

0,66

0,64

0,62

0,6

Фкро

0,58

0,56

0,54

0,52

0,5

О

Зная значение <рКР0, напрямую выбирается типичный вид агрегата, обеспечивающий соответствующее тяговое сопротивление. В свою очередь, зная из агротехнических требований оптимальную скорость Уопт обработки почвы этим агрегатом, оцениваются потребные Ыкр, Н/; и оптимальное передаточное число трансмиссии трактора.

Литература

1. Тракторы: Теория / В.В. Гуськов, Н.Н. Велев, Ю.Е. Атаманов и др.; Под общ. ред. В.В. Гуськова- М.: Машиностроение, 1988. - 376с.

2. Харитончик Е.М. Взаимосвязи параметров и вопросы совершенствования сельскохозяйственных тракторов: Доклад по опубликованным работам, представленным на соискание ученой степени докт. техн. наук. - Воронеж: ВСХИ, 1972. -78 с.

3. Трепененков И.И. Эксплуатационные показатели сельскохозяйственных тракторов. - М.: Машгиз, 1963. - 271 с.

4.Барский И.Б., Анилович В.Я., Кутъков Г.М. Динамит трактора. - М.: Машиностроение, 1988.-280 с.

5. Позин Б.М. Совершенствование параметров промышленных тракторов (теория, эксперимент, внедрение): Дис. ...докт. техн. науке форме научного доклада. - М.: МАДИ, 1991. - 62 с.

6. Костюченко В. И. Разработка критериев и методов оценки эффективности промышленных тракторов. Дис. ... канд. техн. наук. - Челябинск: ЮУрГУ, 2000. - 296 с.

7. Львов Е.Д. Теория трактора. - М.: Машгиз, 1952. - 388 с.

8. Гинзбург Ю.В., Швед А.И., Парфенов А П. Промышленные тракторы. - М.: Машиностроение, 1986. - 293 с.

9. Проектирование мобильных агрегатов с применением ЭВМ: Учебное пособие / Ю.В. Гинзбург, Б.Н. Пинигин, В.А. Сударчиков и др. - Челябинск: ЧПИ, 1988. - 88 с.

□ f= 0,07

—е— f= 0,08

—A—f= 0,09

0 f= 0,1

Ф КРмакс

Зависимость <РкР0 от фкрткс и /