Методика и пример выполнения расчета
ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ МАССЫ ТРАКТОРА, РАБОТАЮЩЕГО В СОСТАВЕ ПОЛЕВЫХ мта
Методические указания к практическим занятиям
Челябинск
В методических указаниях представлены методики расчетов затрат ресурсов при выполнении комплексных работ однооперационными и комбинированными машинно-тракторными агрегатами в растениеводстве. Методические указания предназначены для магистрантов, обучающихся по направлению подготовки 35.04.06 Агроинженерия, профиль- Технологии и средства механизации сельского хозяйства.
Составитель
Зырянов А.П. – канд. техн. наук (ЧГАА)
Рецензент
Кузнецов Н.А. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАА)
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Южно-Уральского ГАУ
© ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», 2015.
Задание
Для различных условий работы машинно-тракторного агрегата (МТА) определить значение массы колесного трактора, позволяющей выполнять работу с наибольшим тяговым КПД, и рационально распределить её по осям колес. Оценить уплотняющее воздействие ходовой системы на почву.
Методика и пример выполнения расчета
2.1 Записать из таблицы П1 приложения исходные данные для расчета.
2.2 Рассчитать тяговый КПД трактора т для различных значений удельной силы тяги:
(1)
где кр – удельная сила тяги;
тр – КПД трансмиссии трактора. Для колесных тракторов принять тр=0,89…0,92;
a, b - эмпирические коэффициенты, зависящие от агрофона и вида ходовой системы. Для полноприводных тракторов с равными радиусами передних и задних колес их значения равны: для стерни а=0,110, b=0,773, для поля, подготовленного под посев а=0,083, b=0,609;
f – коэффициент сопротивления передвижению трактора.
По результатам расчетов построить графики зависимости тягового КПД трактора от удельной силы тяги для двух агрофонов (стерня и поле, подготовленное под посев).
Пример.Для расчёта тягового КПД трактора определим условия ограничения удельной силы тяги:
- для агрофона стерня
;
- для поля, подготовленного под посев
.
Рассчитаем тяговый КПД трактора для различных значений удельной силы тяги.
Агрофон - стерня:
;
;
;
;
;
.
Агрофон – поле, подготовленное под посев:
;
;
;
;
.
По полученным результатам построим график зависимости тягового КПД трактора от удельной силы тяги для двух агрофонов (рис. 1).
Рисунок 1 – Зависимость тягового КПД трактора
от удельной силы тяги на различных агрофонах
2.3 Рассчитать рациональную величину удельной силы тяги, при которой достигается наибольшее значение тягового КПД трактора
. (2)
Пример. Определим рациональную величину удельной силы тяги, при которой достигается наибольшее значение тягового КПД трактора:
- стерня
;
- поле, подготовленное под посев
.
2.4 Найти величину рациональной эксплуатационной массы трактора
, (3)
где Pкр – усилие на крюке трактора, кН;
g – ускорение свободного падения, м/с2.
Пример. Для заданных нагрузок на крюке определяем рациональную эксплуатационную массу трактора:
- стерня
т;
- поле, подготовленное под посев
т.
Так как масса трактора без грузов больше, чем расчётная рациональная масса, то принимаем эксплуатационную массу равной mтрэ=mтр=13 т.
2.5 Определить необходимую массу грузов
. (4)
Пример. Для использования трактора в составе агрегата на стерне необходимая масса грузов равна
т.
На трактор дополнительно необходимо установить грузы массой 3,5 т.
При использовании трактора в составе агрегата при заданном усилии на крюке на поле, подготовленном под посев, не требуется навешивание дополнительных грузов.
2.6 Определить динамический радиус колеса, м
, (5)
где r0 – радиус недеформированной шины, м;
kш – коэффициент, учитывающий деформацию шины при нагрузке. Принять kш=0,92…0,94;
dо – посадочный диаметр шины, дюйм;
bш – ширина шины, м;
H – относительная высота профиля шины, в долях.
Посадочный диаметр шины, ее ширину и относительную высоту взять из типоразмерной характеристики колеса.
Пример. Для определения динамического радиуса колеса необходимо знать типоразмер шины. Например, у трактора Buhler Versatile 425 - 520/85 R42. Первая цифра означает ширину шины в мм, вторая – высоту ее профиля в процентах, а последняя – диаметр обода в дюймах (1 дюйм = 2,54 см). Таким образом, динамический радиус шины равен
м.
2.7 Рассчитать продольное расстояние расположения грузов на тракторе
(6)
где g – ускорение свободного падения, м/с2; L – продольная база трактора, м; ацт – продольное расстояние от оси задних колес до центра тяжести трактора (при конструкционной массе), м; h – высота расположения груза на тракторе относительно его оси колес, м; nк – количество дополнительно установленных колес, шт.; mК – масса одного дополнительно колеса, т; mсхм - часть массы СХМ, передающей нагрузку на трактор, т; 
- продольное расстояние от точки прицепа до оси задних колес трактора, м; 
- угол между направлением силы, приложенной на крюке трактора, и продольной плоскостью, град.; 
- действительная высота точки прицепа СХМ относительно опорной поверхности, м.
Пример.
Так как при работе агрегата на поле, подготовленном под посев, нет необходимости в установке на трактор дополнительных грузов, то рассчитаем продольное расстояние расположения грузов на энергетическом средстве только при использовании МТА на стерне
Для работы агрегата на стерне с усилием на крюке трактора Ркр=60 кН необходимо расположить дополнительные грузы на расстоянии 2,87 м от оси задних колес, что обеспечит выравнивание нагрузки на осях движителей.
2.8 Реакции опорной поверхности на
- задние колеса
(7)
- передние колеса
(8)
Пример. При работе трактора в составе МТА на стерне реакция опорной поверхности на движители равна:
- задние колеса
- передние колеса
Реакция опорной поверхности на передние и задние колеса трактора равны. Таким образом, расположение грузов на тракторе рассчитано верно.
При работе трактора в составе МТА на поле, подготовленном под посев, реакция опорной поверхности на движители равна:
- задние колеса
- передние колеса
2.9 Контурная площадь контакта шины с опорной поверхностью
- заднего колеса
; (9)
- переднего колеса
, (10)
где pш – давление воздуха в шине, кПа. Принять pш = 80…150 кПа;
nкк, nкп – количество колес соответственно на задней и передней осях трактора, шт. Для всех тракторов в расчете nкк=nкп=4 шт.;
rc – радиус сечения шины, м. rc bш/2.
Пример. Так как нагрузка на переднюю и заднюю оси трактора равны и геометрические размеры всех колес одинаковы, то контурная площадь контакта шины с опорной поверхностью на стерне равна
м2.
Контурная площадь контакта шины с опорной поверхностью на поле, подготовленном под посев
- заднего колеса
м2;
- переднего колеса
м2.
2.10 Давление единичного колеса на почву
- заднего
; (11)
- переднего
, (12)
где К2 – коэффициент продольной неравномерности распределения давления по площади контакта шины. Принять К2=1,5;
К1 – коэффициент, зависящий от наружного диаметра шины колеса (таблица П3 приложения).
Результаты расчетов максимального давления движителей на почву сравнить с допускаемыми значениями (таблица П4 приложения) и сделать вывод.
Пример. Давление переднего и заднего колес трактора на почву при его движении по стерне
кПа.
Давление единичного колеса на почву при движении трактора по полю, подготовленному под посев
- заднего
кПа;
- переднего
кПа.
Результаты расчетов показывают, что при рекомендуемой массе трактора максимальное давление его движителей на почву меньше нормативных значений, представленных в ГОСТ26955-86. Таким образом, трактор в составе агрегата может использоваться на поле при влажности почвы не более 0,9 НВ как в летне-осенний, так и в весенний периоды.
Приложение
Таблица П1 – Исходные данные
| № варианта | Марка трактора | Коэффициент сопротивления передвижению трактора fтр | Усилие на крюке трактора Ркр, кН | Угол склона поля , град. | Часть массы СХМ, передающей нагрузку на трактор mсхм, т; | Угол между направлением силы, приложенной на крюке трактора, и продольной плоскостью кр, град.; | ||
| стерня | ППП | стерня | ППП | |||||
| Buhler Versatile 425 | 0,08 | 0,13 | 3,6 | 0,3 | ||||
| Buhler Versatile 375 | 0,09 | 0,14 | 2,9 | 0,5 | ||||
| Buhler Versatile 535 | 0,10 | 0,15 | 4,2 | 0,4 | ||||
| Buhler Versatile 435 | 0,11 | 0,18 | 2,8 | 0,5 | ||||
| Buhler Versatile 485 | 0,09 | 0,17 | 5,5 | 0,2 | ||||
| Buhler Versatile 575 | 0,10 | 0,16 | 2,1 | 0,4 | ||||
| New Holland T9.450 | 0,08 | 0,15 | 3,1 | 0,3 | ||||
| New Holland T9.505 | 0,11 | 0,17 | 5,0 | 0,5 | ||||
| New Holland T9.560 | 0,07 | 0,18 | 4,1 | 0,3 | ||||
| New Holland T9.615 | 0,11 | 0,19 | 3,4 | 0,4 |
Продолжение таблицы П1
| № варианта | Марка трактора | Коэффициент сопротивления передвижению трактора fтр | Усилие на крюке трактора Ркр, кН | Угол склона поля , град. | Часть массы СХМ, передающей нагрузку на трактор mсхм, т; | Угол между направлением силы, приложенной на крюке трактора, и продольной плос-костью кр, град.; | ||
| стерня | ППП | стерня | ППП | |||||
| New Holland T9.670 | 0,08 | 0,12 | 4,4 | 0,4 | ||||
| Case Staiger 335 | 0,09 | 0,17 | 2,4 | 0,3 | ||||
| Case Staiger 385 | 0,10 | 0,15 | 3,5 | 0,5 | ||||
| Case Staiger 435 | 0,07 | 0,14 | 4,4 | 0,4 | ||||
| Case Staiger 485 | 0,10 | 0,18 | 2,9 | 0,5 | ||||
| Case Staiger 535 | 0,08 | 0,12 | 5,1 | 0,3 | ||||
| Buhler Versatile 535 | 0,08 | 0,17 | 2,2 | 0,4 | ||||
| Buhler Versatile 435 | 0,07 | 0,15 | 3,7 | 0,5 | ||||
| Buhler Versatile 485 | 0,11 | 0,14 | 2,7 | 0,3 | ||||
| Buhler Versatile 575 | 0,09 | 0,18 | 4,3 | 0,5 |
Таблица П2 – Характеристика тракторов
| Марка трактора | Конструктивная масса трактора mтр, т | Макси-мальная масса навеши-ваемых грузов mгрмах, т | База трак-тора L, м | Продольное расстояние от оси задних колес до цен-тра тяжести трактора aцт, м | Высота навеши-вания гру-зов отно-сительно оси колес h, м | Продольное расстояние от точки при-цепа СХМ до оси задних колес трак-тора lкр, м | Высота точ-ки прицепа СХМ отно-сительно опорной по-верхности hкр, м | Типо-размер шин | Масса одного колеса mк, т |
| Buhler Versatile 375 | 9,5 | 3,3 | 3,54 | 2,12 | 0,2 | 1,40 | 0,43 | 520/85 R42 | 0,50 |
| Buhler Versatile 425 | 13,0 | 3,3 | 3,54 | 2,12 | 0,2 | 1,40 | 0,55 | 520/85 R42 | 0,55 |
| Buhler Versatile 435 | 17,6 | 3,3 | 3,93 | 2,16 | 0,3 | 1,40 | 0,55 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Buhler Versatile 485 | 17,6 | 3,3 | 3,93 | 2,16 | 0,3 | 1,40 | 0,55 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Buhler Versatile 575 | 18,6 | 5,0 | 3,93 | 2,16 | 0,3 | 1,40 | 0,55 | 800/70 R38 | 0,60 |
| New Holland T9.450 | 15,0 | 5,2 | 3,76 | 2,26 | 0,2 | 1,35 | 0,50 | 710/70 R42 | 0,55 |
| New Holland T9.505 | 15,6 | 4,6 | 3,76 | 2,26 | 0,2 | 1,35 | 0,50 | 710/70 R42 | 0,55 |
Продолжение таблицы П2
| Марка трактора | Конструктивная масса трактора mтр, т | Макси-мальная масса навеши-ваемых грузов mгрмах, т | База трак-тора L, м | Продольное расстояние от оси задних колес до цен-тра тяжести трактора aцт, м | Высота навеши-вания гру-зов отно-сительно оси колес h, м | Продольное расстояние от точки при-цепа СХМ до оси задних колес трак-тора lкр, м | Высота точ-ки прицепа СХМ отно-сительно опорной по-верхности hкр, м | Типо-размер шин | Масса одного колеса mк, т |
| New Holland T9.560 | 16,9 | 3,4 | 3,76 | 2,26 | 0,25 | 1,35 | 0,50 | 710/70 R42 | 0,55 |
| New Holland T9.615 | 18,0 | 5,2 | 3,91 | 2,30 | 0,25 | 1,35 | 0,50 | 710/70 R42 | 0,55 |
| New Holland T9.670 | 20,1 | 3,1 | 3,91 | 2,30 | 0,25 | 1,35 | 0,50 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Case Staiger 335 | 11,3 | 4,5 | 3,53 | 1,94 | 0,2 | 1,30 | 0,55 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Case Staiger 385 | 14,9 | 5,0 | 3,91 | 2,15 | 0,25 | 1,35 | 0,55 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Case Staiger 435 | 14,9 | 5,5 | 3,91 | 2,15 | 0,25 | 1,35 | 0,60 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Case Staiger 485 | 15,3 | 6,0 | 3,91 | 2,15 | 0,25 | 1,35 | 0,60 | 710/70 R42 | 0,55 |
| Case Staiger 535 | 16,9 | 5,4 | 3,91 | 2,15 | 0,30 | 1,35 | 0,60 | 800/70 R38 | 0,60 |
Таблица П3 – Значения коэффициента К1, зависящего от наружного диаметра шины колеса
| Диаметр шины, мм | Значение коэффициента |
| До 600 | 1,60 |
| Свыше 600 до 800 включительно | 1,40 |
| Свыше 800 до 1000 включительно | 1,30 |
| Свыше 1000 до 1200 включительно | 1,20 |
| Свыше 1200 до 1500 включительно | 1,15 |
| Свыше 1500 | 1,10 |
Таблица П4 – Нормы максимального давления движителей трактора на почву в соответствии с ГОСТ 26955-86
| Влажность почвы в слое 0…30 см | Максимальное давление движителя на почву не более, кПа | |
| весенний период | летне-осенний период | |
| Свыше 0,9 НВ | ||
| От 0,7 НВ до 0,9 НВ включ. | ||
| От 0,6 НВ до 0,7 НВ включ. | ||
| От 0,5 НВ до 0,6 НВ включ. | ||
| 0,5 НВ и менее |
Зырянов Антон Павлович