3.1: Тяга
- Page ID
- 28724
Даніель Михайлович Кейроз
Кафедра сільськогосподарської інженерії
Федеральний університет Вікоза
Viçosa, Мінас-Жерайс, Бразилія
Джон Шуллер
Кафедра механічної та аерокосмічної техніки
Університет Флориди
Гейнсвілл, Флорида, США
| Ключові умови |
| механіка тяги | тягові пристрої | Трактори |
| Потужність двигуна | Транспортні пристрої | витягнуті знаряддя |
| Тягова сила |
Змінні
Вступ
Трактори були створені для зменшення витрат людської та тваринної праці та підвищення ефективності та продуктивності в рослинницькій діяльності (Schueller, 2000). Основне застосування тракторів полягає у витягуванні знарядь, таких як ґрунтообробні інструменти, сівалки, культиватори та комбайни в полі та, певною мірою, на дорозі (Renius, 2020). Щоб ефективно тягнути знаряддя, трактор повинен генерувати зчеплення між шинами та поверхнею ґрунту. Тяга - це спосіб, яким транспортний засіб використовує силу для переміщення по поверхні.
Досить рано в розвитку трактора пряма передача потужності від тракторів до знарядь стала можливою завдяки використанню відбору потужності (ВОМ), які передають обертову потужність на знаряддя і машини, а також за рахунок використання гідравлічних систем для підйому і опускання знарядь і переміщення деталей навісних машин. Тягове знаряддя все ще є найпоширенішим використанням потужності трактора. Потужність поля сільськогосподарських машин, тобто площа поля, яка може бути покрита за одиницю часу, призвела до розробки та використання більших знарядь. Збільшені розміри вимагають більшої тяги від тягового трактора. Більш ефективні системи для створення тягової сили необхідні для забезпечення великих сил, необхідних для витягування цих знарядь.
Ефективність того, як трактори перетворюють потужність, вироблену двигуном, на потужність, необхідну для витягування знарядь, залежить від багатьох змінних, пов'язаних з трактором та грунтовими умовами. Тяга особливо важлива в сільському господарстві, оскільки польові ґрунти не такі тверді, як дороги, якими користуються легкові та вантажні автомобілі. У цьому розділі представлені основні принципи тяги, що застосовуються до сільськогосподарської техніки.
Результати
Прочитавши цю главу, ви повинні мати можливість:
- • Поясніть, як трактори розвивають тягову силу
- • Опишіть вплив деяких важливих змінних на тягову силу
- • Розрахуйте, скільки потужності може розвинути трактор при витягуванні знаряддя
- • Розрахуйте вимоги до потужності, щоб відповідати тракторів до знарядь
Поняття
Тягові та транспортні пристрої
За даними Американського товариства сільськогосподарських та біологічних інженерів (ASABE Standards, 2018), існує два типи поверхневих контактних пристроїв, пов'язаних з рухом транспортного засобу: тягові пристрої та транспортні пристрої. Тяговий пристрій отримує енергію від двигуна і використовує реакції сил від опорної поверхні для руху транспортного засобу, тоді як транспортний пристрій не отримує потужності, але необхідний для підтримки транспортного засобу на поверхні під час руху транспортного засобу по цій поверхні. Колеса, шини та гусениці можуть бути тяговими пристроями, якщо вони підключені до двигуна або іншого джерела живлення; якщо вони не підключені, вони є транспортними пристроями. Основні вузли сільськогосподарського трактора представлені на малюнку 3.1.1. В даному прикладі трактор має 2-колісний привід, тому великі задні колеса, які отримують потужність від двигуна, є тяговими пристроями, а малі передні колеса - транспортними пристроями. Всі колеса були б тяговими пристроями, якби трактор був 4-колісним приводом. Двигун з'єднується з тяговим пристроєм трансмісією, часто складається з зчеплення, трансмісії, диференціала, осей і інших компонентів. (Привід не обговорюється в цьому розділі.) Дишло - це точка кріплення, через яку трактор може прикладати тягове зусилля до знаряддя.
Механіка тяги
Найпростіший спосіб аналізу тяги, виробленої тяговим пристроєм, таким як колесо або доріжка, полягає в розгляді сил тертя, які діють при контакті між тяговим пристроєм і поверхнею, коли система знаходиться в рівновазі. Для спрощення передбачається рух машини з постійною швидкістю по незмінній поверхні (рис. 3.1.2). Тяговий пристрій (далі спрощений до найпоширенішого виконання як «колесо») має дві основні функції: підтримувати навантаження, що діє на вісь колеса (W), і виробляти чисту тягову силу (Н). Силою W прийнято називати динамічне навантаження, що діє на колесо. Динамічне навантаження залежить від того, як вага трактора в цей момент часу розподіляється на кожне колесо. Якщо система знаходиться в рівновазі, поверхня реагує на W прикладанням вертикальної сили реакції (R) до колеса. У контакті між поверхнею і колесом утворюється сила тертя (F f). Для збереження рівноваги в горизонтальному напрямку величина сили нетто тяги Н дорівнює величині сили тертя F f. Щоб виробити чисту тягову силу Н, потрібно подолати силу тертя. Це робиться шляхом прикладання крутного моменту (Т) до осі колеса. Цей крутний момент пропорційний крутному моменту, виробленому двигуном трактора відповідно до приводної передачі, включаючи поточний коефіцієнт передачі.
При русі колесо (рис. 3.1.2) обертається з постійною кутовою швидкістю (ω), і ця кутова частота обертання пропорційна частоті обертання двигуна в залежності від передавального відношення в трансмісії. Колесо має фактичну швидкість v a, яка дорівнює кутовій швидкості, помноженій на радіус кочення колеса, зменшений ковзанням (як розглянуто нижче). У ситуації рівноваги ω і v a є константами. Потужність, що передається на вісь колеса (P w), може бути розрахована як добуток крутного моменту (T) і кутової швидкості (ω), як показано в рівнянні 3.1.1. Тягова сила, що розвивається колесом (P t), є добутком чистої тягової сили (H) і фактичної швидкості (v a), як показано в рівнянні 3.1.2. Тяговий ККД колеса (T E) можна обчислити як співвідношення між тяговою силою та потужністю осі колеса, як показано в рівнянні 3.1.3.
\[ P_{W}=T\omega \]
\[ P_{t}=H\nu_{a} \]
\[ T_{E}=\frac{P_{t}}{P_{W}} \]
де P w = потужність, що передається на вісь колеса (Вт)
T = крутний момент, що передається на вісь колеса (N м)
ω = кутова швидкість колеса (rad s −1)
P t = тягова потужність, що розвивається колесом (Вт)
H = чиста сила тяги (N)
v a = фактична швидкість колеса (m s −1)
T E = тяговий ККД колеса (безрозмірний)
Сила тертя (F f на рис. 3.1.2) створюється взаємодією між колесом і поверхнею. Силу тертя можна розрахувати, помноживши силу реакції (R) на еквівалентний коефіцієнт тертя (μ). У таблиці 3.1.1 представлені деякі типові значення. Оскільки R дорівнює динамічному навантаженню, що діє на вісь колеса (W), а чиста сила тяги дорівнює силі тертя, тягову силу можна обчислити як добуток еквівалентного коефіцієнта тертя та динамічного навантаження, як:
| Тип поверхні | Еквівалентний коефіцієнт тертя (μ) [a] |
|---|---|
|
М'який грунт |
0,26—0,31 |
|
Середній грунт |
0,40—0,46 |
|
твердий грунт |
0,43-0,53 |
|
Бетон |
0.91—0.98 |
[a] Ці значення були оцінені на основі даних, представлених Kolator і Bialobrzewski (2011).
\[ H= \mu W \]
де μ = коефіцієнт тертя (безрозмірний).
Теоретична швидкість (v t) визначається швидкістю обертання колеса (ω), що перевищує радіус кочення (r), як показано в рівнянні 3.1.5, але фактична швидкість колеса (v a) менша через відносний рух на межі розділу між колесом і поверхнею. Цей відносний рух - це коефіцієнт зменшення ходу, який зазвичай називають ковзанням, і визначається як відношення втрати швидкості колеса до теоретичної швидкості, тобто швидкості, яку колесо мало б, якби не було втрат. Рівняння 3.1.6 показує, як можна оцінити коефіцієнт зменшення подорожі:
\[ \nu_{t} = \omega r \]
\[ s= \frac{\nu_{t}-\nu_{a}}{\nu_{t}} \]
де v t = теоретична швидкість колеса (m s −1)
r = радіус кочення колеса (m s −1)
s = коефіцієнт зменшення подорожі, або ковзання (безрозмірний)
Коефіцієнт зменшення ходу є важливою змінною для аналізу тягового зусилля колеса. Коефіцієнт зменшення ходу колеса може варіюватися від 0 до 1 залежно від умов колеса та поверхні. Коли коефіцієнт зменшення ходу дорівнює 0, між периферією колеса та поверхнею не було б відносного руху. Обертання колеса викликає ідеальний поступальний рух щодо поверхні. Однак досвід показав, що для того, щоб колесо розвивало тягову силу, між колесом і поверхнею має бути відносний рух (ковзання). Тому колесо, що генерує тягове зусилля, повинно мати коефіцієнт зменшення ходу більше нуля. Коли колесо генерує більшу тягову силу, коефіцієнт зменшення ходу збільшується, а фактична швидкість колеса зменшується. Коли коефіцієнт зменшення ходу дорівнює 1, колесо не рухається вперед при обертанні. Моделі, що використовуються для розрахунку тягової сили, зазвичай використовують коефіцієнт зменшення ходу як одну зі змінних.
Ще одним важливим поняттям при аналізі процесу тяги рухомого колеса є сила опору руху (F r) (рис. 3.1.3). Якщо колесо рухається, колесо і поверхня деформуються. Енергія витрачається на вироблення цієї деформації. Опір, вироблений колесом, і поверхневі деформації повинні бути подолані, щоб дозволити колесу рухатися. Враховуючи існування сили опору руху, при контакті між колесом і поверхнею необхідно генерувати силу тертя, більшу, ніж сила опору руху при контакті з поверхнею колеса, щоб створити тягову силу. Ця сила тертя тепер називається грубою силою тяги (позначається F). Таким чином, валова тягова сила була б чистою тяговою силою, що генерується колесом, якщо не було опору руху. Додавання понять опору руху та грубих тягових сил до малюнка 3.1.2 призводить до малюнка 3.1.3, який є покращеним представленням сил, що діють на колесо.
Якщо колесо, представлене на малюнку 3.1.3, не має руху у вертикальному напрямку (вісь z), колесо знаходиться в статичній рівновазі в цьому напрямку. У цьому стані підсумовування сил в z (вертикальному) напрямку дорівнює нулю. Тому,
\[ \sum F_{z} = 0 \]
\[ R-W=0 \]
\[ R=W \]
де F z = будь-яка сила, прикладена до колеса в напрямку z (N)
R = вертикальна сила реакції колеса (N)
Якщо фактична швидкість колеса, представлена на малюнку 3.1.3, постійна, то горизонтальні сили знаходяться в статичній рівновазі в цьому напрямку і сума горизонтальних сил дорівнює нулю. Тому,
\[ \sum F_{x}=0 \]
де F x = будь-яка сила, прикладена до колеса в напрямку x (N)
F = загальна тягова сила (N)
F r = сила опору руху (N)
Виходячи з рівняння 3.1.12, валова тягова сила (F) повинна бути чистою тяговою силою (H) плюс сила опору руху (F r). Якщо обидві сторони рівняння 3.1.12 розділені на динамічне навантаження (W), що діє на колесо, в результаті чого формується Рівняння 3.1.13, три безрозмірні числа, тобто μ n, μ g і ρ, як показано в Рівняннях 3.1.15, 3.1.16 і 3.1. 17. Перший - коефіцієнт чистого тяги (μ n), який визначається як чиста тягова сила, поділена на динамічне навантаження. Другий - коефіцієнт валової тяги (μ g), що визначається як загальна тягова сила, поділена на динамічне навантаження. І третій - коефіцієнт опору руху (μ), що визначається як сила опору руху, розділена на динамічне навантаження.
\[ \frac{H}{W}=\frac{F}{W}-\frac{F_{r}}{W} \]
Рівняння 3.1.14 показує, що μ n, μ g і ρ не є незалежними. Використовуючи метод, який називається розмірним аналізом, були розроблені функції для прогнозування того, як μ g та ρ змінюються як функція змінних коліс та опору ґрунту. Цей аналіз представлений Goering et al. (2003) і виходить за рамки цієї глави. Якщо відомі μ g, ρ і W, тягову силу, що генерується колесом, можна передбачити за допомогою рівняння 3.1.18:
\[ H= (\mu_{g}-\rho)W \]
Сили R, F і F r (рис. 3.1.3) діють на точку, звану центром опору колеса. Ця точка не вирівняна з напрямком динамічного навантаження W, але трохи випереджає її. Це горизонтальне відстань називається горизонтальним зміщенням (е). Статичний аналіз буксируваного колеса (рис. 3.1.4) показує, що центр опору колеса не узгоджений з напрямком динамічного навантаження колеса. У буксирується колесі немає крутного моменту, прикладеного до його осі. Реакція грунту (G) в центрі опору є результатом R і F r сил. Напрямок сили G проходить через центр колеса. Для переміщення буксируваного колеса з постійною фактичною швидкістю (v a) до колеса потрібно докласти чисту тягову силу (H), рівну силі опору руху (F r). Щоб колесо зберігало постійну кутову швидкість, сума моментів в центрі коліс повинна дорівнювати нулю. Goering et al. (2003) показали, що горизонтальний зсув можна обчислити за допомогою рівнянь 3.1.19-3.1.21.
\[ Re-F_{r}r = 0 \]
де e = горизонтальний зсув (м).
Використовуючи рівняння 3.1.18, тягову силу можна передбачити. Інша важлива інформація в аналізі тяги колеса полягає в тому, щоб передбачити, скільки крутного моменту потрібно передати на вісь колеса, щоб генерувати тягову силу (H). У рівнянні 3.1.5 радіус колеса використовується для перетворення кутової швидкості обертання в теоретичну швидкість колеса. Радіус колеса також може бути використаний для розрахунку крутного моменту, необхідного для отримання тягової сили колеса. Крутний момент (T), необхідний для підтримки постійної кутової швидкості колеса та отримання чистої тягової сили, є твором валової тягової сили та радіуса крутного моменту колеса, як це дається:
де r t = радіус крутного моменту колеса (м).
Радіус колеса, заданий в рівнянні 3.1.5, відрізняється від радіуса крутного моменту колеса, визначеного в Рівнянні 3.1.22 через взаємодію колеса і поверхні, яка змінюється на м'якій поверхні грунту. Як правило, використовується радіус кочення, заснований на відстані від центру осі колеса до твердої поверхні. Тому рівняння 3.1.23 може бути використано для оцінки крутного моменту, що діє на осі колеса:
\[ T=Fr \]
Потужність двигуна, необхідна для отримання тягової сили
Стандарти ASABE (2015) представили діаграму (рис. 3.1.5) приблизного типового співвідношення потужності для сільськогосподарських тракторів. Трактори можуть бути вказані за їх двигуном маховика номінальної потужності (P e). Одним із стандартів, що використовуються для визначення загальної номінальної потужності маховика двигуна, є SAE J1995 (SAE, 1995). Номінальна потужність, визначена цим стандартом, - це механічна потужність, вироблена двигуном без деяких його аксесуарів (таких як генератор, вентилятор радіатора та водяний насос). Тому загальна номінальна потужність маховика двигуна більше, ніж корисна потужність, вироблена двигуном. Приблизну чисту потужність маховика двигуна можна оцінити, помноживши загальну потужність маховика на 0,92. Потужність при відбору потужності трактора приблизно дорівнює загальній потужності маховика двигуна, помноженої на 0,83 або чистої потужності маховика двигуна, помноженої на 0,90.
Потужність, яку трактор може генерувати, щоб тягнути знаряддя, часто називають силою дишла, оскільки багато знарядь прикріплені до дишлу трактора, залежить від типу трактора, тобто, 2-колісний привід (2WD), механічний привід переднього колеса (MFWD), 4-колісний привід (4WD) або гусеничний. Стан поверхні, де використовується трактор, надає ще більший ефект. Використовуючи ці дві частини інформації, коефіцієнти, які показують оцінки залежності між потужністю дишло і потужністю відбору потужності, наведені на малюнку 3.1.5.
Потужність дишла, необхідна для витягування знаряддя, становить:
\[ P_{DB} = F_{i} \nu_{i} \]
де P DB = потужність дишло (Вт)
F i = сила, необхідна для витягування знаряддя (N)
v i = швидкість реалізації (м с −1)
Сила, необхідна для витягування знаряддя, залежить від знаряддя. Наприклад, сила, необхідна для натягування сівалки F p, - це сила, необхідна на ряд, що перевищує кількість рядів:
\[ F_{p} = f_{r}n_{r} \]
де f r = сила, необхідна для кожного ряду сівалки (N ряд −1)
n r = кількість рядків
Після того, як необхідна потужність дишла визначена, значення на малюнку 3.1.5 можуть бути використані для розрахунку розрахункової необхідної загальної номінальної потужності маховика трактора для витягування знаряддя.
Додатки
Поняття тяги і потужності трактора необхідні для правильного підбору трактора до знаряддя. Сільськогосподарські операції не можуть бути виконані, якщо трактор не може розвинути достатню потужність або тягу, щоб тягнути знаряддя. Оскільки знаряддя з роками збільшилися в розмірах, необхідно, щоб трактори мали достатню потужність і достатню тягу для завдань, які вони повинні виконувати. Вибір занадто великого трактора негативно вплине на рентабельність сільського господарства, оскільки більші трактори коштують дорожче, ніж менші трактори. Негабаритний трактор також може збільшити витрату палива і викиди вихлопних газів. Це важливо, тому що навіть найефективніші трактори отримують менше 4 кВт-год роботи на літр дизельного палива.
Трактори сильно варіюються за габаритами (наприклад, рис. 3.1.6). Наприклад, один великий сучасний виробник реалізує трактори потужністю від 17 до 477 кВт. Вага трактора повинна бути достатньою для створення достатньої сили тяги, як показано в Рівнянні 3.1.18. Однак, крім витрат на додавання ваги, додаткова вага може збільшити ущільнення грунту і пригнічувати врожайність сільськогосподарських культур. Тому необхідно розуміти ці поняття для проектування тракторів та знарядь. Можливості двигуна трактора, елементів силової передачі та коліс потрібно відповідним чином масштабувати. Там повинен бути компроміс між тим, щоб зробити їх великими та потужними, роблячи їх компактними та недорогими. Вищевказані аналізи можуть бути використані для керівництва вибором та конструкцією трактора.
Поняття застосовуються і до інших видів сільськогосподарської техніки, таких як самохідні комбайни та обприскувачі. Щоб ці машини могли виконувати свої завдання, вони повинні мати можливість переміщатися по сільськогосподарських ґрунтах. Ті ж розрахунки можуть бути використані для визначення, чи достатньо потужності, і для проектування різних компонентів на цих верстатах. Колеса, осі та компоненти передачі потужності повинні витримувати зусилля, крутний момент та потужність під час використання машин.
Приклади
Приклад\(\PageIndex{1}\)
Приклад 1: Тягова сила
Проблема:
Розрахуйте тягове зусилля, вироблене колесом трактора, яке працює на твердому грунті з динамічним навантаженням 5 кН. Швидкість обертання колеса становить 2 м с −1. Якщо тяговий ККД дорівнює 0,73, яка потужність, яку потрібно передати на вісь колеса?
Рішення
Припустимо еквівалентний коефіцієнт тертя 0,48, середнє значення для твердого грунту представлено в таблиці 3.1.1. Обчисліть тягове зусилля за допомогою рівняння 3.1.4:
\( H= \mu W=0.48 \times 5 = 2.4 \text{ kN} \)
Тепер розрахуйте тягову потужність для колеса трактора за допомогою Рівняння 3.1.2:
\( P_{t} = H\nu_{a} = 2.4 \times 2 = 4.8 \text{ kW} \)
Розрахуйте потужність, яку потрібно передати на вісь колеса для використання Рівняння 3.1.3 при заданому тяговому ККД 0,73:
\( P_{W} = \frac{P_{t}}{T_{E}} = \frac{4.8}{0.73} = 6.58 \text{ kW} \)
Це значення необхідної потужності може бути використано для проектування різних компонентів передачі потужності. Споживана потужність також може бути використана для розрахунку потужності, необхідної від кінцевого джерела живлення, можливо двигуна, для розрахунку витрати палива і, тим самим, витрат на конкретну польову експлуатацію.
Приклад\(\PageIndex{2}\)
Приклад 2: Коефіцієнт зменшення крутного моменту та руху, або ковзання
Проблема:
Колесо на іншому тракторі отримує 40 кВт від силового агрегату трактора. Колесо обертається зі швидкістю 25 об/хв, що є кутовою швидкістю, ω, 2,62 рад с −1. (Примітка: 2π рад × 25 об/хв/60 хв s −1 = 2,62 рад с −1.) Якщо радіус кочення коліс становить 0,81 м, а швидкість трактора - 2 м с −1, обчислити крутний момент, що діє на колесо, і коефіцієнт зменшення ходу (широко відомий як ковзання).
Рішення
Розрахуйте крутний момент, що діє на колесо Т для потужності P w 40 кВт за допомогою рівняння 3.1.1:
\( T=\frac{P_{W}}{\omega} = \frac{40}{2.62} = 15.28 \text{ Nm} \)
Розрахуйте потужність, яку слід передати колесу для отримання 2,4 кН тягового зусилля при 2 м с −1 швидкості обертання колеса, використовуючи Рівняння 3.1.3:
\( P_{W} = \frac{P_{t}}{T_{E}} = \frac{4.8}{0.73} =6.58 \text{ kW} \)
Обчисліть теоретичну швидкість колеса v t для радіуса кочення r 0,81 м за допомогою рівняння 3.1.5:
\( \nu_{t} = \omega r = 2.62 \times 0.81 = 2.12 \text{ m}s^{-1} \)
Оскільки фактична швидкість колеса становить 2 м с −1, що менше теоретичної швидкості колеса, обчисліть коефіцієнт зменшення ходу s за допомогою рівняння 3.1.6:
\( s= \frac{\nu_{t}-\nu_{a}}{\nu_{t}} = \frac{2.12-2.00}{2.12} = 0.057, \text{or} \ 5.7\% \)
Крім надання вказівок до конструкції сільськогосподарської машини і її енергоспоживання, розрахунок ковзання корисний для визначення того, наскільки швидко буде виконана операція. Надмірне ковзання також може мати несприятливий вплив на структуру ґрунту та гальмувати ріст рослин.
Приклад\(\PageIndex{3}\)
Приклад 3: Тягова сила і потужність
Проблема:
Розглянемо колесо, яке працює з динамічним навантаженням 10 кН, коефіцієнтом опору руху 0,08 і коефіцієнтом валової тяги 0,72. Знайдіть тягову силу, яку може розвинути колесо. Якщо це колесо обертається зі швидкістю 40 об/хв і радіус кочення колеса дорівнює 0,71 м, скільки потужності необхідно для переміщення цього колеса?
Рішення
Обчисліть загальну тягову силу, розроблену колесом F, використовуючи Рівняння 3.1.16:
\( F= \mu_{g} W = 0.72 \times 10 = 7.2 \text{ kN} \)
Обчисліть опір руху F r цього колеса за допомогою рівняння 3.1.17:
\( F_{r} = \rho W = 0.08 \times 10 = 0.80 \text{ kN} \)
Тягова сила Н, розроблена колесом, згідно з рівнянням 3.1.12, є різницею між валовою силою тяги і опором руху:
\( H = F-F_{r} = 7.2 - 0.8 = 6.4 \text{ kN} \)
Обчисліть крутний момент, необхідний для переміщення цього колеса, використовуючи Рівняння 3.1.23:
\( T = Fr = 7.2 \times 0.71 = 5.11 \text{ kN m} \)
Розрахуйте потужність P w, необхідну для повороту колеса, використовуючи Рівняння 3.1.1:
\( P_{W} = T \omega = T \frac{2\pi N}{60} = 5.11 \times \frac{2 \times \pi \times 40}{60} = 21.4 \text{ kW} \)
Приклад\(\PageIndex{4}\)
Приклад 4: Загальна потужність маховика двигуна
Проблема:
Розрахуйте необхідну потужність трактора MFWD, щоб витягнути 30-рядну сівалку. Відповідно до стандартів ASABE (2015), для витягування сівалки з накресленим рядком потрібна сила 900 Н на ряд, якщо вона виконує лише посівну операцію. Швидкість трактора становитиме 8,1 км год −1 (2,25 м с −1). Грунт знаходиться в просапному стані. Враховуйте, що трактор повинен мати запас ходу 20% для подолання несподіваних перевантажень.
Рішення
Обчисліть силу тяги, необхідну для витягування сівалки, використовуючи рівняння 3.1.25:
\( F_{p} = f_{r}n_{r} = 900 \times 30 = 27,000 \text{ N} \)
Обчисліть потужність дишла P DB, необхідну для витягування сівалки за допомогою рівняння 3.1.24:
\( P_{DB} = F_{p} \nu_{p} = 27,000 \times 2.25 = 60,750 \text{ W} \)
Тому трактору потрібно виготовити дишло потужністю 60,75 кВт. З малюнка 3.1.5 знайти, що коефіцієнт, який пов'язує потужність дишла з потужністю відбору потужності трактора для трактора MFWD, що працює на грунтовому стані, дорівнює 0,72. Таким чином, потужність відбору потужності трактора P PTO повинна бути:
\( P_{PTO} = \frac{P_{DB}}{0.72} = \frac{60.75}{0.72} = 84 \text{ kW} \)
З огляду на, що коефіцієнт, який пов'язує потужність відбору потужності двигуна з повною потужністю маховика двигуна становить 0,83 (рис. 3.1.5), загальна потужність маховика двигуна P e дорівнює:
\( P_{e} = \frac{P_{PTO}}{0.83} = \frac{84.375}{0.83} = 102 \text{ kW} \)
З огляду на запас потужності в 20% для подолання несподіваних перевантажень, обраний трактор повинен мати загальну потужність двигуна маховика не менше ніж на 20% більше, ніж необхідна для витягування 30-рядної сівалки, або 1,2 × 102 кВт = 122 кВт.
Ці розрахунки допоможуть менеджеру ферми вибрати відповідний трактор для роботи.
Зображення Кредити
Малюнок 1. Кейроз, Д. (CC By 4.0). (2020). Схематичний вигляд двопривідного сільськогосподарського трактора.
Малюнок 2. Кейроз, Д. (CC By 4.0). (2020). Спрощена діаграма змінних, пов'язаних з колесом, що розвиває чисту тягову силу.
Малюнок 3. Кейроз, Д. (CC By 4.0). (2020). Діаграма змінних, пов'язаних з колесом, що розвиває чисту тягову силу (H), включаючи загальну тягову силу (F) та силу опору руху (F r).
Малюнок 4. Кейроз, Д. (CC By 4.0). (2020). Схема сил, що діють на буксирується колесо.
Малюнок 5. Стандарт ASABE ASAE D497.7 (CC За 4.0). (2020). Діаграма приблизних енергетичних залежностей у сільськогосподарських тракторах (типи визначені в основному тексті) і грунтових умов.
Малюнок 6. Шуллер, Дж. (CC By 4.0). (2020). Типові сучасні (а) малі та (б) великі трактори.
Посилання
Стандарти ASABE. ANSI/ASAE S296.5 DEC2003 (R2018): Загальна термінологія тяги сільськогосподарських тягових і транспортних пристроїв і транспортних засобів. Сент-Джозеф, М.І.: ASABE.
Стандарти ASABE. ASAE D497.7 MAR2011 (R2015): Дані управління сільськогосподарською технікою. Сент-Джозеф, М.І.: ASABE.
Ґерінг, К.Е., Стоун, М.Л., Сміт, Д., & Тернквіст, П.К. (2003). Тягові і транспортні пристрої. Принципи інженерії позашляхових транспортних засобів (стор. 351-382). Сент-Джозеф, М.І.: ASAE.
Колатор Б., Бялобжевський І. Імітаційна модель продуктивності трактора 2WD. Комп'ют. Електрон. Агрік. 76 (2): 231-239.
Ренюс К.Т. Основи тракторного проектування. Чам, Швейцарія: Природа спрингера.
МОРЕ. (1995). SAE J1995_199506: Код випробування потужності двигуна - запалювання іскри і стиснення запалювання - загальна потужність. Трой, Мічиган: SAE.
Шуллер, Дж. На службі достатку: Механізація сільського господарства забезпечила живлення для надзвичайного зростання 20 століття. Мех. Анг. 122 (8) :58-65.