2.2.3. Уравнения движения агрегата

В динамическом отношении МТА представляет собой систему твердых тел, связанных между собой жесткими и упругими связями. Трактор и двигатель преобразуя энергию топлива в механическую реализует ее в виде крутящего момента , который передается движителю, в результате чего создается движущая сила. Она создает ускорение при трогании с места и при изменении скорости движения, а также преодолевает сопротивление при установившемся движении.

Общее сопротивление движению машинно-тракторного агрегата можно записать в виде:

,

где - тяговое сопротивление рабочей части агрегата;- сопротивление перемещению трактора;- сопротивление воздушной среды;- сопротивление подъему машинно-тракторного агрегата.

Работа и движение агрегата возможны только при определенном соотношении скорости , массы агрегатаи сил, действующих на агрегат в направлении движения. Внешними силами являются приложенные на почвозацепах и ободах колес реакции почвы и сила тяжести.

Тяговый баланс машинно-тракторного агрегата определяется по формуле:

;

Движущую силу можно также записать в виде математической зависимости:

,

где - номинальная мощность двигателя;- коэффициент использования мощности;- максимальное передаточное число;- КПД трансмиссии трактора;- радиус приложения касательной силы тяги (радиус качения);- частота вращения.

Эффективная мощность двигателя передается к рабочим орга­нам машин через соответствующие передаточные механизм (включая ВОМ) и ходовую часть тракторами. При этом в данных механизмах неизбежны потери определенной части мощности.

Режим работы трактора и агрегата в целом следует выбирать таким образом, чтобы потери мощности были минимальными. Решение такой задачи возможно на основе баланса мощности, который устанавливает соотношение между эффективной мощностью двигателя при данной нагрузке и соответствующими составляющими, передаваемыми по разным каналам (или потребителям) в процессе работы.

Для установившегося движения мощностной баланс имеет вид:

где - потери мощности соответственно в трансмиссии трактора, на буксование, самопередвижение и преодоление подъема;- мощность на преодоление тягового сопротивления рабочих машин (тяговая мощность);- потери мощности в приводе BOM;- мощность на привод рабочих органов машины, связанных с ВОМ, Вт.

Уровень полезного использования мощности двигателя в со­ответствии с балансом мощности характеризуется общим КПД трактора:

.

Для тяговых процессов рассчитывают также тяговый КПД трактора:

.

Потери мощности в трансмиссии трактора при установившемся режиме работы принимают постоянными с учетом КПД трансмиссии:

.

Мощность зависит непосредственно от буксования, определяемого из равенства:

,

где - КПД, учитывающий потери на буксование.

Теоретическая скорость зависит от частоты вращения, передаточного числа трансмиссии и радиусакачения:

.

Тогда мощность можно выразить в виде:

.

При работе с выключенным ВОМ вся мощность двигателя реализуется на тяговые процессы, поэтому . Тогда составляющие мощности, затрачиваемой на передвижение, преодоление подъема и тягового сопротивления:

.

В таком случае эквивалентными критериями при эксплуатационных расчетах по обоснованию состава и скоростного режима тяговых агрегатов будут:

.

При эксплуатационных расчетах также целесообразно использовать тяговую характеристику трактора, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. Общий вид тяговой характеристики трактора

Тяговая характеристика представляет собой график зависи­мости основных

эксплуатационных показателей трактора (ско­рости, тяговой мощности, часового и удельного расходов топлива, буксования) от тягового усилия на соответствующем почвенном фоне (стерня; поле, подго­товленное под посев). Для построения графика используют результаты тяговых испытаний трактора.

По тяговой характеристике с достаточной для практических расчетов точностью можно определить:

1. Все рассмотренные выше основные эксплуатационные пока­затели трактора;

2. Режим нагрузки двигателя на каждой передаче;

3. Режимы работы, соответствующие максимальному тяговому КПД и минимальному удельному расходу топлива.

Эксплуатация машинно-тракторного парка занимается и вопросами улучшения эксплуатационных мобильных энергетических средств.

Основная цель улучшения эксплуатационных свойств тракто­ров и других мобильных энергетических средств — это получе­ние таких параметров и режимов работы, при которых в зависи­мости от условий функционирования обеспечивается максимальное полезное использование мощности двигателя при минимальном удельном расходе топлива и наименьшем отрица­тельном воздействии на окружающую среду.

Одним из направлений улучшения эксплуатационных свойств энергомашин является создание двигателей с оптимальной для сельскохозяйственных работ регуляторной характеристикой. Определенным шагом в этом направлении следует считать раз­работку конструкции двигателя постоянной мощности. Такие двигатели в достаточно широком диапазоне изменения частоты вращения имеют высокий коэффициент приспособляемости по крутящему моменту при почти постоянной эффективной мощ­ности.

Другим направлением можно считать также обеспечение оп­тимальной степени использования номинальной мощности дви­гателя. Наряду с совершенствованием конструкции самого дви­гателя существенного эффекта в этом направлении можно до­биться за счет:

1. Создания более прогрессивных трансмиссий, обеспечива­ющих сглаживание колебаний сил сопротивления;

2. Выравнивания полей;

3. Уборки камней и препятствий;

4. Повышения общей культуры земледелия;

5. Обеспечения высококачественного технического обслужива­ния и т. д.

Эксплуатационные свойства энергомашин можно улучшить при использовании микропроцессорных устройств для автомати­ческого поддержания оптимального режима нагрузки двигателя в заданных условиях.

Повышение эксплуатационных свойств самого трактора или другой энергомашины в основном сводится (при прочих равных условиях) к минимизации непроизводительных потерь мощнос­ти в трансмиссии, на буксование и на самопередвижение. Указанные цели в условиях эксплуатации могут быть достигнуты, прежде всего, за счет общего высокого уровня технического обслуживания, а также в результате:

1. Применения бесступенчатых трансмиссий и трансмиссий с переключением передач без разрыва потока мощности;

2. Сдваивания шин;

3. Выбора оптимального давления в шинах;

4. Применения позиционно-силовых и других типов регуляторов;

5. Использования микропроцессорных устройств для оптимиза­ции режимов работы и др.

Важно также систематически повышать уровень подготовки механизаторов с целью эффективного использования новой тех­ники.

Вопросы для самопроверки

1. Какие основные требования предъявляют к мобильным энергетическим

средствам?

2. Какими соотношениями связаны основные эксплуатационные по­казатели тракторного дизеля?

3. Какими показателями характеризуется степень нагрузки двигателя и как они определяются?

4. По каким показателям определя­ется способность двигателя преодолевать перегрузки?

5. Чем характеризуется не­равномерность момента сил сопротивления на валу двигателя?

6. По какому кри­терию определяют оптимальную степень нагрузки двигателя и как влияет на нее коэффициент вариации момента сил сопротивления?

7. От каких факторов и па­раметров трактора зависит движущая сила?

8. За счет чего можно улучшить сцепные свойства трактора?

9. Как составить тяговый баланс трактора?

10. Как рассчитать тяговое усилие трактора при работе с ВОМ?

11. За счет чего можно обеспечить работу трактора в пределах допустимых значений буксования?

12. Как определить мощностной баланс трактора?

13. Как выражаются полный и тяговый КПД трактора?

14. Чем объясняется наличие максимума тягового КПД трактора?

15. Каким образом можно получить максимум тягового КПД трактора на желаемой передаче?

16. Какие основные эксплуатационные показатели трак­тора можно определить по тяговой характеристике?

17. Как вычислить номи­нальное тяговое усилие на данной передаче?

18. Как определить по тяговой ха­рактеристике трактора режимы работы, соответствующие максимуму тягового КПД и допустимому буксованию?

19. Какие основные направления улучшения эксплуатационных свойств тракторов и других энергомашин сельскохозяйствен­ного назначения вы знаете?