Уравнение для расчета мощности двигателя трактора, необходимой для работы агрегата с шириной захвата Вр и с рабочей скоростью Vр, известно из работы [1]:
, (1)
где N – требуемая эффективная мощность двигателя, кВт; кV – удельное сопротивление орудия в функции от рабочей скорости, кН/м; hf – коэффициент полезного действия (КПД), учитывающий потери на самопередвижение трактора; hб – КПД, учитывающий потери мощности на буксование; hтр – КПД трансмиссии трактора; x – обобщенный коэффициент, определяющий необходимость увеличения требуемой мощности из-за вероятностного характера нагрузки.
Через параметры hf , hб, hтр определяется тяговый коэффициент полезного действия трактора.
Тяговый КПД трактора рассчитывают по формуле:
, (2)
где Ni – мощность двигателя, соответствующая тяговой мощности трактора Nкр.
Существует понятие «условный тяговый КПД» трактора:
, (3)
где Nен – номинальная мощность двигателя.
Между действительным и условным тяговым КПД трактора существует зависимость:
, (4)
где hим — коэффициент использования мощности двигателя.
Тяговый КПД трактора является одним из основных показателей его тяговых свойств. Он показывает, какая доля развиваемой двигателем мощности идет на совершение полезной работы. Тяговые качества трактора проявляются в результате взаимодействия его движителей с опорной поверхностью, поэтому физико-механические свойства опорной поверхности в значительной степени определяют его тягово-сцепные и технико-экономические показатели.
Цель исследования – выявление влияния на тяговый КПД трактора параметров трактора, агрегата и внешней среды. Необходимо раскрыть зависимость каждого элемента формулы (2) для расчета тягового КПД трактора – от массы трактора, диаметра и ширины профиля колеса трактора и его внутреннего давления, ширины захвата, рабочей скорости машинно-тракторного агрегата (МТА) и физико-механических свойств почвы.
Условия, материалы и методы. Для выявления искомых зависимостей необходимо проанализировать известные методы расчета составляющих формулы (2).
Коэффициент полезной тяги трактора и его зависимость от параметров МТА. Коэффициент полезной тяги hf определяет потери мощности на самопередвижение, которые зависят от массы трактора, свойств и состояния поверхности основания, по которой движется
трактор, от устройства и параметров ходовой части и их регулировки. Эти потери состоят из потерь на трение в подшипниках колес, на смятие пневматических шин, деформацию почвы с образованием колеи, учитываемых коэффициентом сопротивления передвижению f. Коэффициент полезной тяги можно определить по формуле:
,(5)
где Ркр – сила тяги на крюке трактора, кН; Ркас – касательная сила тяги на ободе ведущего колеса, кН; Рf – сила сопротивления самопередвижению трактора, кН; gТ – эксплуатационный вес трактора на единицу захвата агрегата, кН/м; f – коэффициент сопротивления перекатыванию колеса трактора; kV – удельное тяговое сопротивление сельскохозяйственной машины, кН/м.
В эксплуатационных расчетах обычно принимают f = const для определенных условий работы и типа трактора. Однако на самом деле по результатам многих исследований установлено [2-8], что коэффициент сопротивления перекатыванию изменчив. Нас, при прочих равных условиях, интересует влияние на f параметров колеса (диаметра колеса, ширины его профиля, давления в шинах), скорости и ширины захвата МТА и физико-механических свойств почвы (твердости почвы Н – как информативного и быстро измеряемого параметра). Это связано с необходимостью оптимизации основных параметров трактора (массы трактора и мощности его двигателя), параметров движителя (диаметра колеса, ширины его профиля, давления в шинах), а также скорости и ширины захвата МТА с использованием энергетического критерия оптимизации, учитывающего влияние указанных параметров на формируемый урожай [9-12].
Для выявления зависимости коэффициента сопротивления перекатыванию f от параметров колеса предлагаются различные зависимости. В частности, Гуськов В.В. [3] предлагает заменить эластичное колесо жестким и использовать (на это указывают и зарубежные исследователи, в частности, М. Беккер, [2]) следующие зависимости для расчета f.
(6)
где G – вес трактора, приходящийся на одно колесо, кН; k1– приведенный коэффициент объемного смятия почвы, кН/м3; b – ширина профиля шины, м; D – диаметр эластичного колеса, м.
В данной формуле диаметр эластичного колеса D заменяем диаметром жесткого колеса DS, работающего подобно эластичному колесу, используя зависимость:
(7)
где hw – высота деформации шины, м; hs – глубина деформации почвы под колесом, м.
Расчет k1 производим по формуле:
(8)
где k – табличное значение коэффициента объемного смятия испытательным штампом для разных грунтов, кН/м2.
Для расчета деформации шины воспользуемся формулой Хейдекеля:
