Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра «Эксплуатация машинно-тракторного парка»

Утверждаю.

Проректор по УР

К. Сазонов

Расчет показателей тягового баланса и баланса мощности мта Энергетический анализ машинно-тракторного агрегата Методические указания к практическим занятиям

Челябинск

2010

В методических указаниях представлены методики расчетов составляющих тягового и мощностного балансов машинно-тракторного агрегата, его удельных энергозатрат и энергетического КПД при выполнении полевых работ. Методические указания адресованы студентам IV–V курсов факультета «Механизация сельского хозяйства».

Составители

Плаксин А. М. – докт. техн. наук, профессор (ЧГАА)

Зырянов А. П. – канд. техн. наук (ЧГАА)

Рецензент

Кокорин А. Ф. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАА)

Ответственный за выпуск

Плаксин А. М. – зав. кафедрой ЭМТП

Печатается по решению редакционно-издательского

совета ЧГАА

© ФГОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная

академия», 2010.

Введение

Энергетическую основу механизированных процессов в растениеводстве составляют машинно-тракторные агрегаты (МТА). Изучение их энергетических свойств, изменение показателей этих свойств при использовании МТА позволяют комплектовать и в дальнейшем эксплуатировать их более эффективно с точки зрения энергосбережения.

Целью данной работы является практическое освоение методики определения энергетических показателей МТА (составляющих тягового баланса и баланса мощности) при их использовании на различных технологических операциях (агрофонах), скоростях движения.

1 Расчет показателей тягового баланса и баланса мощности мта

1. Порядок выполнения работы

Работа оформляется в виде пояснительной записки на бумаге формата А4. Графики выполняются на миллиметровой бумаге.

На основе данных своего варианта (приложения 1, 6), который выдается преподавателем, студент должен решить следующие задачи:

1.1.1 Рассчитать на заданных передачах трактора (скоростях работы) следующие эксплуатационные показатели агрегата:

- номинальную касательную силу на движителях трактора P_к^н;

- максимальную силу сцепления движителей трактора с почвой Р_сц;

- сцепной вес трактора G_сц;

- движущую агрегат силу при достаточном и недостаточном сцеплении ходового аппарата трактора с почвой Р_дв;

- потери касательной силы тяги при недостаточном сцеплении ходового аппарата трактора с почвой Р_к;

- усилия, затрачиваемые на: передвижение трактора Р_f; преодоление трактором подъема Р _α; тяговое усилие на крюке P_кр;

- действительную рабочую скорость движения агрегата V_р;

- потери мощности: в трансмиссии трактора N_тр; на передвижение трактора N_f; на преодоление трактором подъема N_; на буксование движителей N_; потери крюковой мощности при недостаточном сцеплении ходового аппарата трактора с почвой ΔN_кр;

- тяговую мощность трактора N_кр.

Результаты расчетов записать в таблицу (приложение 3).

1.1.2 Построить график тягового баланса трактора для заданных условий работы МТА (рис. 1 на с. 11) и график баланса мощности (рис. 2 на с. 11).

1.1.3 Проанализировать изменение тяговых свойств трактора при использовании МТА на различных агрофонах (состояниях почвы) на одной передаче и при переходе с одной передачи на другую (для одного состояния почвы – агрофона).

2. Методика расчета эксплуатационных показателей МТА

Расчет эксплуатационных показателей МТА, которые указаны в задачах данной работы, проводят для каждого состояния почвы на заданных рабочих скоростях движения МТА по формулам (1.1… 1.30), используя данные технических характеристик тракторов.

Касательную силу на ведущих колесах (звездочках) трактора рассчитать по формуле:

, (1.1)

где P_к^н – номинальная касательная сила тяги трактора, кН;

N^н_е – номинальная эффективная мощность двигателя, кВт;

i_о – общее передаточное число трансмиссии;

η_мг – КПД трансмиссии и движителя;

r_к – радиус ведущего колеса (ведущей звездочки), м;

n_н – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

КПД трансмиссии и движителя трактора рассчитать по формуле (1.2) или принять равным

, (1.2)

где η_ц, η_к, η_г – соответственно КПД пар цилиндрических, конических шестерен и гусеничной цепи;

m, n – количество пар цилиндрических и конических шестерен, находящихся в зацеплении при работе на данной передаче (определяется из кинематической схемы трансмиссии трактора).

Радиус колеса вычислить с учетом усадки шины по формуле:

, (1.3)

где r_o – радиус шины ведущего колеса, свободного от нагрузки, м (приложение 6);

К_ш – коэффициент усадки шины (К_ш = 0,95 . . . 0,98).

Для гусеничных тракторов r_к равняется радиусу начальной окружности ведущей звездочки r₀.

Силу сцепления ходового аппарата трактора с почвой рассчитать по формуле:

, кН, (1.4)

где G_сц – сцепной вес трактора, кН;

μ – коэффициент сцепления ходового аппарата с почвой (приложение 2).

Сцепной вес гусеничных тракторов и колесных с двумя ведущими мостами при работе в составе МТА на горизонтальной местности равен весу трактора, а при наличии подъемов (склонов) вычислить по формуле:

, (1.5)

где m_тр – масса трактора, т;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

α – угол подъема (спуска), град. Для всех вариантов принять α=3°.

У колесных тракторов с одной ведущей осью сцепной вес при движении по склону:

. (1.6)

Движущую агрегат силу Р_дв для всех вариантов определяют с учетом работы МТА.

При достаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцепления Р_сц больше номинальной касательной силы P_к^н (Р_сцP_к^н), движущая агрегат сила будет равна номинальной касательной, то есть:

Р_дв = P_к^н. (1.7)

При недостаточном сцеплении движителей трактора с почвой, когда сила сцеплении Р_сц меньше номинальной касательной силы P_к^н (Р_сц < P_к^н), движущая агрегат сила будет равна силе сцепления трактора, то есть:

Р_дв = P_сц. (1.8)

В этом случае при работе трактора в составе МТА мощность двигателя используется не полностью.

Таким образом, в зависимости от условий работы МТА величина движущей силы трактора находится в пределах:

P_к^н Р_дв P_сц.

При недостаточном сцеплении, когда P_сц < P_к^н, потеря касательной силы тяги ∆Р_к будет равна:

∆Р_к = P_к^н – P_сц, кН. (1.9)

Усилие, затрачиваемое на передвижение трактора, рассчитать по формуле:

, кН, (1.10)

где f_тр – коэффициент сопротивления передвижению трактора (приложение 2).

Усилие, затрачиваемое на подъем (спуск) трактора Рα, определить по формуле:

, кН. (1.11)

Тяговое усилие трактора рассчитать из уравнения тягового баланса трактора в составе МТА по формуле:

, кН. (1.12)

Здесь возможны два варианта расчета усилия на крюке трактора:

1. Сцепление ходового аппарата трактора с почвой достаточно (поверхностный слой почвы прочный), т.е.

P_сц P_к^н и Р_дв = P_к^н,

тогда

, кН. (1.13)

2. Сцепление ходового аппарата трактора с почвой недостаточно. В этом случае

P_сц  P_к^н и Р_дв = P_сц,

тогда

, кН. (1.14)

Фактически используемая мощность двигателя, исходя из условий сцепления ходового аппарата трактора с почвой, может быть определена также по двум вариантам:

1. Достаточное сцепление

, (1.15)

2. Недостаточное сцепление

. (1.16)

Рабочую скорость движения МТА рассчитать по формуле:

, (1.17)

где V_р – рабочая скорость агрегата, м/с;

 – величина буксования движителей трактора, %.

Значение , соответствующее P_кр^н на каждой передаче, берут из тяговой характеристики трактора, близкой к заданным почвенным условиям в соответствии с приложением 1.

Недоиспользуемую номинальную мощность двигателя определить:

1. При достаточном сцеплении движителей трактора с почвой

. (1.18)

2. При недостаточном сцеплении движителей трактора с почвой

. (1.19)