Лабораторная работа № 1. 1.1 Исследовать влияние крюковой нагрузки, почвенно‑грунтовых условий эксплуатации трактора на массу проектируемого трактора и номинальную мощность его

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ПРОЕКТИРУЕМОЙ МАШИНЫ

И НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЕЁ ДВИГАТЕЛЯ (4 часа)

 

1 Цель работы

 

1.1 Исследовать влияние крюковой нагрузки, почвенно‑ грунтовых условий эксплуатации трактора на массу проектируемого трактора и номинальную мощность его двигателя.

1.2 Получить практические навыки по обоснованию массы лесного трактора и номинальной мощности его двигателя в процессе проектирования.

 

2 Краткий теоретический материал

 

Обоснование эксплуатационной массы лесозаготовительных машин производят, исходя из условий их работы. Энергия двигателя трактора расходуется на преодоление сопротивления передвижению машины по слабым лесным грунтам Pf и номинальной крюковой нагрузки Pкрн. С учетом временных случайных перегрузок касательная сила тяги трактора при работе на горизонтальной поверхности будет равна [6.1]:

 

, (1)

 

где КП – коэффициент возможной перегрузки, который выбирается из ус-

ловия работы машины на одной из регламентируемых операций;

g – ускорение силы тяжести, м/с2;

f – коэффициент сопротивления движению машины.

С другой стороны [6.2]:

 

, (2)

где - коэффициент нагрузки ведущих колес;

- коэффициент использования сценой массы, допускаемой по усло-

виям сцепления и лесотехническим требованиям.

Решая совместно уравнения (1) и (2), получим формулу определения эксплуатационной массы трактора:

. (3)

 

Учитывая значительное перераспределение нагрузки между передними и задними колесами при работе трактора, выполненного по схеме 4x2, с большой нагрузкой на крюке, коэффициент нагрузки ведущих колес принимается равным 0, 80 – 0, 85. Для трактора, имеющего все ведущие колеса и для гусеничных тракторов .

Обобщенные зависимости коэффициентов использования сцепной массы от буксования d для колесных и гусеничных тракторов приведены на рисунке 1.

 

 

а)

 

jдоп

б)

Рисунок 1 – Осредненные зависимости коэффициента использования эксплуатационной массы от буксования

а) гусеничные: 1 – болотно-торфяная целина осушенная;

2 - слабая почва с большим количеством перегноя;

3 – задернелая почва (залежь);

4 – плотная песчаная почва;

б) колесные: 1 – влажная почва с большим количеством перегноя;

2 – задернелая почва; 3 – целина плотная (залежь);

4 – асфальт, бетон.

Коэффициент сопротивления передвижению машины по слабым лесным грунтам f зависит от физико‑ механических свойств грунта, параметров движителя и определяется по формуле [6.3]:

(4)

 

где qs - предел несущей способности лесных грунтов (для болотно-торфяной

осушенной целины qs = 0, 09…0, 12 МПа, для влажных почв с большим

количеством перегноя qs = 0, 12…0, 25 МПа, для задернелых почв

(залежь) qs = 0, 25…0, 35 МПа, для песка qs = 0, 35…0, 45 МПа);

q0, qmin - соответственно среднее и максимальное давление под опорными

катками гусеничных машин, МПа (у колесных машин qmax = q0; у гу-

сеничных машин qmax = (1, 5…2) q0;

L – длина опорной поверхности гусеничного движителя (отпечатка коле-

са), м;

a - коэффициент, учитывающий влияние на сопротивление движению

машины геометрических параметров движителя и физико-механи-

ческих свойств грунта, a = 0, 4…1, 0 м/МПа.

Эффективная мощность двигателя проектируемого трактора определяется из условий движения тракторного агрегата по горизонтальной поверхности с учетом возможных увеличений тягового сопротивления, которое характеризуется коэффициентом возможной перегрузки КП.

 

При этом агрегат комплектуется из расчета использования номинального крюкового усилия Ркр.н. При увеличении тяговой нагрузки частота вращения двигателя уменьшается и соответственно увеличивается крутящий момент двигателя. Величина добавочного крутящего момента характеризуется коэффициентом приспособляемости двигателя Кдв, который для двигателей современных лесозаготовительных машин находится в пределах Кдв = 1, 1…1, 25. С учетом этого обстоятельства, эффективная мощность двигателя Nе (кВт), необходимая для движения агрегата без переключения передач с заданной скоростью движения V, будет равна [6.4]:

.

 

Расчет тягового коэффициента полезного действия в этом случае ведется из условия работы агрегата при допустимых значениях буксования движителя и коэффициента использования сцепной массы:

 

, (6)

 

где hТР - коэффициент полезного действия трансмиссии трактора,

hТР = 0, 85…0, 96;

hГ - коэффициент полезного действия гусеничной цепи, hГ = 0, 88…0, 98.

С учетом выражения (6) имеем

 

(7)

 

где - коэффициент эксплуатационной нагрузки.

3 Перечень оборудования, инструмента, приспособлений,

применяющихся в данной работе

 

Для выполнения работы используется обобщенная физическая модель гусеничного трактора (размеры уменьшены в 15 раз), микрокалькулятор и чертежный инструмент.

 

4 Методические указания к выполнению работы

 

Работа выполняется бригадой, состоящей из 3-4 человек.

Используя исходные данные (таблица 1, приложение 1) и обобщенную физическую модель гусеничного трактора, по приведенным формулам (3) и (7) определить массу проектируемого трактора и номинальную мощность его двигателя при эксплуатации в различных почвенно-грунтовых условиях лесосеки для нескольких конструктивных параметров движителя. Вначале определяется значение коэффициента сопротивления движению трактора f в зависимости от величины a и q0 для каждого из четырех типов почвенно-грунтовых условий эксплуатации. Значения f заносятся в таблицу 1. Затем для каждого значения f рассчитывают величины mэ и Nе.

По результатам расчета построить графические зависимости массы трактора и номинальной мощности его двигателя от коэффициента сопротивления движению и .

Исходя из максимальной номинальной мощности, полученной расчетом, подобрать марку серийного двигателя, используя данные таблицы 2 (приложение 2).

 

5 Форма и содержание отчета по работе

 

5.1 Номер и название лабораторной работы.

5.2 Цель работы.

5.3 Содержание отчета:

- рисунок обобщенной гусеничной мало масштабной модели;

- формулы, используемые в работе, с расшифровкой входящих величин;

- результаты вычислений значений коэффициентов сопротивлений (таблица 1);

- графические зависимости и ;

- выводы по работе.

 

Таблица 1

№№ опыта (тип грунта)	Значения f при L и q0
L= q0=	L= q0=	L= q0=