Тяговые расчеты транспортных машин

Движение машин сопровождается действием сил, которые могут быть объединены в две основные группы: силы тяги Т, стремящиеся сообщить ведущей оси, а вместе с ней и машине поступательное движение, и силы сопротивления ,возникающие при движении машины и направленные в сторону, противоположную движению. Кроме того, могут иметь место дополнительные силы сопротивления в виде тормозных сил, прилагаемые только при необходимости уменьшения скорости движения.

Движение машины будет возможным, если выполняются следующие два условия:

1) сила тяги привода ходового оборудования машины должна быть больше или равна сумме всех сопротивлений, возникающих при движении машины, т.е.

, (1)

2) сила тяги по сцеплению движителя машины с дорогой или рельсом должна быть больше или равна силе тяги, развиваемой приводом ходового оборудования машины, т. е.

, (2)

Тяговое усилие ограничено мощностью привода ходового устройства, с которым связано зависимостью:

, (3)

где Р - мощность двигателей механизмов передвижения, кВт; - общий КПД механизма передвижения; - скорость передвижения, м/с.

Сопротивление (Н), возникающее при движении машины,

, (4)

где - внутреннее сопротивление ходового оборудования; - сопротивление качению колес или гусениц; - сопротивление повороту при движении по кривой; - сопротивление уклона местности; - сопротивление от сил инерции при разгоне (торможении); - сопротивление воздуха; -сопротивление возникающие на рабочих органах машины.

Внутренние сопротивления ходового оборудования составляют 6... 9% силы тяжести гусеничной машины и 4... 6% силы тяжести колесной машины.

Сопротивление качению колес или гусениц в первом приближении можно рассчитать по формуле

, (5)

где - коэффициент сопротивления передвижению движителей, значения которого приведены в табл. 1; - вес машины, Н.

Сопротивление повороту колесных машин, передвигающихся по твердому основанию, обычно мало и в расчетах не учитывается. Для случая движения колесных машины по рыхлому грунту:

. (6)

Сопротивление повороту гусеничных машин определяется затратами энергии на срезание и смятие грунта гусеницами и на преодоление сил трения гусениц о грунт. При движении по вязкому рыхлому грунту:

, (7)

по твердому грунту:

. (8)

С уменьшением радиуса поворота сопротивление обычно возрастает.

Таблица 1

Коэффициенты сопротивления передвижению и сцепления

Вид опорной поверхности	Пневмоколесный движитель	Гусеничный движитель
Шины высокого давления	Шины низкого давления
Асфальтобетон сухой	0,015...0,02	0,7...0,8	0,02	. 0,7...0,8	-	-
Грунтовая дорога:
сухая	0,02...0,06	0,6...0,7	0,025...0,035	0,4...0,6	0,06...0,07	0,8...1,0
укатанная грязная влажная	0,13...0,25	0,1...0,3	0,15... 0,2	0,15...0,25	0,12...0,15	0,5...0,6
Грунт:
рыхлый свежеотсыпанный	0,2...0,3	0,3...0,4	0,1...0,2	0,4...0,6	0,07...0,1	0,6...0,7
слежавшийся уплотненный	0,1...0,2	0,4...0,6	0,1...0,15	0,5...0,7	0,08	0,8...1,0
Песок:
влажный	0,1...0,4	0,3...0,6	0,06...0,15	0,4... 0,5	0,05...0,1	0,6...0,7
сухой	0,4...0,5	0,25...0,3	0,2...0,3	0,2...0,4	0,15...0,2	0,4...0,5
Снег:
рыхлый	0,4...0,5	0,15...0,2	0,1...0,3	0,2...0,4	0,1... 0,25	0,25...0,35
укатанный	0,05...0,1	0,25...0,3	0,03...0,05	0,3... 0,5	0,04...0,06	0,4...0,6
Болото	-	-	0,25	0,1	0,3	0,15
Бетон	0,015...0,02	0,7...0,8	0,02	0,7,.. 0,8	0,06	0,5... 0,6

Сопротивление движению машин от уклона местности

, (9)

где - угол подъема пути (знак «+» соответствует движению машины на подъем, знак «-» - под уклон).

При предварительных расчетах угол подъема можно принять равным 20...25° для гусеничных машин, 15...20° для пневмоколесных и 5...7° для колесно-рельсовых.

Если считать движение равноускоренным, то сопротивление от сил инерции при разгоне машины (торможении) будет

, (10)

где - рабочая скорость, м/с; - начальная скорость машины, м/с; - ускорение свободного падения, м/с²; - время разгона или торможения, с.

При разгоне принимают знак «+», при торможении - знак «-», так как при этом сила инерции способствует продолжению движения.

При трогании с места на первой передаче можно принять для колесных машин м/с, а для гусеничных машин - м/с.

Сопротивление воздуха

, (11)

где - площадь поперечного сечения машины, м²; - плотность воздуха, кг/м³.

Как видно из формулы, сопротивление воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости и становится существенным прискорости более 60...70 км/ч.

Сопротивление от рабочего органа зависит от назначения и типа машины, характера выполняемых работ, конструкции рабочего органа и других факторов.

Указанные выше сопротивления в действительности все вместе одновременно не возникают, и при тяговом расчете учитываются только те сопротивления, которые могут иметь место у рассматриваемой машины в конкретных условиях ее работы.

Для проверки второго условия возможности движения машины определяют достаточность сцепления ведущих колес или гусениц с дорогой (грунтом), гарантирующее от буксования, при этом

, (12)

где - сцепной вес машины (для колесных машин равен весу, приходящемуся на ведущие колеса; для гусеничных машин равен полному весу машины); - коэффициент сцепления движителя с дорогой (см. табл. 1).

Во время движения машины может возникнуть следующая характерная ситуация:

. (13)

Из этого неравенства видно, что сила тяги привода ходового оборудования машины недостаточна для преодоления сопротивлений и меньше силы тяги по сцеплению движителя с дорогой. В такой ситуации ходовое колесо провернуться не сможет и двигатель заглохнет.

Если ведущие колеса или гусеницы оказываются на влажной или обледеневшей дороге, на мокром глинистом грунте и т. п., то коэффициент сцепления и соответственно сила сцепления значительно уменьшаются и может иметь место неравенство

. (14)

При этом движитель будет буксовать и машина не сдвинется с места.

Движение машины возможно, если максимальное тяговое усилие будет не меньше суммарного сопротивления движению :

. (15)

Невыполнение условия (15) по тяговому усилию означает недостаток мощности для движения машины с заданной скоростью . Движение возможно с переходом на более низкие скорости передвижения, если они не ограничены кинематикой привода. Если условие (14) не удовлетворяется по усилию , то это означает, что машина не может двигаться из-за буксования движителей. Движение возможно при увеличении нормальной к поверхности передвижения нагрузки или при увеличении коэффициента сцепления . Для повышения под буксующий движитель обычно подкладывают материал с большим коэффициентом сцепления.

Пример. Определим максимально возможную скорость передвижения гусеничного трактора Т-330, буксирующего пневмоколесную землевозную тележку с шинами высокого давления, на горизонтальном участке по свежеотсыпанному грунту, а также максимальный подъем, который может преодолеть трактор при движении по сухой укатанной грунтовой дороге, и скорость передвижения тракторного поезда на этом подъеме [3].

Масса трактора = 39,8 т; масса груженого прицепа = 55,7 т; мощность двигателя Р = 250 кВт; в трансмиссии трактора установлена коробка передач для бесступенчатого регулирования скоростей передвижения в трех диапазонах: от 0 до 3,5 км/ч; от 0 до 6,45 км/ч; от 0 до 13 км/ч; КПД трансмиссии = 0,8.

Коэффициенты сопротивления передвижению и коэффициенты сцепления гусеничного движителя с дорогой принимаем по табл. 1. При движении по свежеотсыпанному грунту: для трактора - = 0,085; = 0,65;; для прицепа = 0,35. При движении по сухой укатанной грунтовой дороге: для трактора = 0,065; = 0,9; для прицепа =0,04.

При движении по горизонтальной дороге нормальная к поверхности передвижения нагрузка составит:

от трактора = 39,8 · 9,81 = 390,44 кН;

от прицепа = 55,7 · 9,81 = 546,42 кН,

где g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Сопротивление передвижению:

трактора (без прицепа) = 0,085 · 390,44 = 33,19 кН;

прицепа = 0,35 · 546,42 = 191,25 кН;

суммарное = 33,19 + 191,25 = 224,44 кН.

Максимальное тяговое усилие по сцеплению гусеничного движителя с дорогой:

= 0,65 · 390,44 = 253,79 кН.

Так как то движение трактора не ограничивается сцеплением его движителя с дорогой.

Максимальная скорость передвижения:

= 250 · 0,8 / 224,44 = 0,891 м/с = 3,21 км/ч.

Эта скорость реализуется на первом диапазоне коробки передач.

При движении на подъем с углом по сухой укатанной грунтовой дороге нормальная к поверхности передвижения нагрузка:

от трактора = 390,44 .

Сопротивление передвижению (с учетом сопротивлению подъему):

трактора =390,44 · (0,065 · + ), кН;

прицепа =546,42 · (0,04 · + ), кН;

суммарное = 390,44 · (0,065 · + ) +

+546,42 · (0,04 · + ) = 47,24 · + 936,86 · , кН.

Максимальное тяговое усилие по сцеплению гусеничного движителя с дорогой:

= 0,9 · 390,44 · =351,4 · , кН.

Движение на уклоне с углом а по условиям сцепления движителя с дорогой возможно, если :

351,4 · > 47,24 · + 936,86 · ,

откуда (351,4 - 47,24) / 936,86 = 0,32, чему соответствует < 18°.

Для предельного значения = 18°:

390,44 · (0,065 · 18° + sin 18°) = 144,79 кН;

546,42 · (0,04 · 18° + sin 18°) = 189,64 кН;

144,79 + 189,64 = 334,43 кН.

Максимальная скорость на подъеме:

= 250 · 0,8 / 334,43 = 0,598 м/с = 2,15 км/ч,

что обеспечивается также на первом диапазоне коробки передач.

6. Определение производительности автомобилей и автомобильных и тракторных поездов при перевозке строительных грузов

Техническая производительность средств безрельсового транспорта (т/ч)

,

где - грузоподъемность, т; - коэффициент использования по грузоподъемности, - то же, по пробегу; - коэффициент, учитывающий затраты времени на разгон и торможение; - дальность транспортирования в одну сторону, м; - скорость движения, км/ч; - соответственно время загрузки, разгрузки и маневрирования, с.

Задание на расчетную работу. Определить максимально возможную скорость передвижения транспортного средства, буксирующего пневмоколесный прицеп, на горизонтальном участке по свежеотсыпанному грунту, а также максимальный подъем, который может преодолеть транспортное средство при движении по заданному варианту вида опорной поверхности, и скорость передвижения поезда на этом подъеме.

Тяговые расчеты транспортных средств выполнить по данным приведенным в таблице 2 (вариант расчета принимается по двум последним цифрам зачетной книжки).

Таблица 2