1.3. Тяговий баланс трактора

Машинно-тракторний агрегат в динамічному відношенні – це система твердих тіл, зв’язаних між собою жорсткими і пружними елементами.

Сила, що рухає трактор, представлена реакцією ґрунту на ведучі колеса в напрямі руху і дорівнює найменшій з двох сил: дотичній силі тяги \(P_д\) або сили зчеплення \(P_\).

Рис. 1.3.1. Схема створення рушійної сили енергетичного засобу

На рис. 1.3.2 подано загальну схему зовнішніх сил, які діють на трактор під час його руху на узвіз під кутом \(\alpha\).

Сила опору руху машини – тяговий опір \(R = P_\) (де \(P_\) – тягове зусилля трактора).

Сила опору руху трактора \(P_f\) – є наслідком деформації ґрунту ходовим апаратом і тертя в ньому.

Сила опору руху трактора на місцевості з кутом нахилу \(P_i\) \((P_)\).

Сила інерції \(P_\) виникає за нерівномірного руху трактора.

Рис. 1.3.2. Схема сил, що діють на трактор

\(P_\) – тягове зусилля трактора;

\(P_\) – дотична сила тяги трактора;

\(P_\) – сила опору руху трактора;

\(P_\) – сила опору підйому трактора;

\(P_\) – сила інерції;

\(P_\) – рушійна сила трактора;

\(G_\) – експлуатаційна вага трактора;

\(P_\) – сила реакції ґрунту на ходовий апарат трактора.

2. Умови руху машинно-тракторних агрегатів. Дотична сила трактора, її визначення. Рушійна сила трактора та умови її утворення

Для руху агрегату потрібна зовнішня сила, спрямована убік переміщення. Вона виникає за взаємодії ведучих коліс або гусениць з ґрунтом і обмежується, з одного боку, силою зчеплення трактора з ґрунтом \(P_\), а з другого – дотичною силою \(P_д\), що створюється двигуном.

Реакцію ґрунту за найбільш допустимого буксування ходового апарата називають максимальною силою зчеплення \(P_\). Її значення залежить від щільності ґрунту: що щільніший ґрунт, то більша сила (рис. 1.3.3).

Рис. 1.3.3. Залежність рушійної сили трактора від стану ґрунту

Дотична сила трактора та її визначення

Номінальну дотичну силу тяги на ободі ведучого колеса розраховують для обраної передачі трактора за формулою:

де \(N_\) – номінальна потужність двигуна;
\(i_\) – передаточне число трансмісії;
\(n_\) – номінальна частота обертання колінчатого вала двигуна, \(хв^\);
\( r_\) – радіус ведучого колеса (зірочки) трактора;
\(\eta_\) – коефіцієнт корисної дії трансмісії.

Для колісних тракторів на пневматичних шинах радіус ведучого колеса визначається за формулою:

де \(r_\) – радіус обода колеса, м;
\(h\) – висота пневматичної шини, м;
\(\lambda\) – коефіцієнт усадки пневматичних шин низького тиску (на твердому ґрунті \(\lambda = 0,7\); на стерні і перелозі \(\lambda = 0,75\), на зораному полі \(\lambda = 0,8\)).

Дотична сила, як бачимо з формули, залежить лише від параметрів енергетичних засобів, на неї не впливає стан ґрунту.

Рушійна сила трактора та умови її утворення

Рушійну силу, яка переміщує агрегат, знаходять порівнянням значень дотичної сили \(P_\) і сили зчеплення ведучого апарата з ґрунтом \(P_\), вона дорівнює меншій із них.

При \(P_ \leq P_\) зчеплення достатнє і \(P_ = P_д\), а при \(P_ \geq P_\) зчеплення недостатнє і \(P_ = P_\). Тому під час роботи на легких ґрунтах доцільно підвищувати зчіпну вагу. Що більша зчіпна вага трактора, то краще реалізується дотична сила тяги.

На ґрунтах, де \(P_\) достатня, додаткові пристрої, які підвищують зчеплення з ґрунтом, знімають, щоб не збільшувати втрати потужності на пересування енергетичних засобів.

Межа рушійної сили за потужністю двигуна:

Максимальна рушійна сила трактора за умовами зчеплення рушіїв з ґрунтом:

де \(\mu\) – коефіцієнт зчеплення, що залежить від властивостей ґрунту і конструкції рушія;
\(G_\) – зчіпна вага трактора (\(G_= G_\) – для гусеничних і колісних з двома ведучими мостами; (\(G_= 2/3G_\) – для колісних з одним ведучим мостом).

3. Рівняння руху агрегату. Тяговий баланс трактора та його аналіз

Рух МТА здійснюється як результат взаємодії сил на агрегат.

Рух та робота агрегату можливі лише за певного співвідношення сил, які діють на агрегат у напрямку руху, швидкості руху з врахуванням наведеної маси агрегату. Рух і робота агрегату відбувається як результат взаємодії рушійної сили \(P_\), тягового опору машини \(P_\) і сили опору руху трактора \(P_f\), ваги трактора \(G_\), та ваги машини \(G_\), реакцій ґрунту і реакцій між окремими машинами агрегату тощо.

Рівняння руху є основою усіх розрахунків з комплектування агрегатів і режимів їх роботи.

Рівняння руху агрегату:

де \(dv/dt\) – прискорення агрегату, \(м/с^2\);
\(P_>\) – рушійна сила трактора, кН;
\(R_>\) – опір агрегату, кН;
\(G_>\) – наведена маса агрегату, кН.

Рис. 1.3.4. Зображення рівняння руху агрегату

Усі величини, що входять у це рівняння, в процесі руху агрегату, безперервно змінюються. На ці параметри впливають і коливання крутного моменту двигуна через нерівномірність подання палива, і зміни властивостей ґрунту, і деякі інші фактори.

Спільна дія цих факторів призводить до знакозмінних коливань прискорень під час руху агрегату, його поступальної швидкості, негативно впливає на роботу двигуна і агрегату загалом. За інших однакових умов агрегати (трактори) з великою масою краще зберігають сталість поступального руху.

Рівняння руху є основою усіх розрахунків з комплектування агрегатів і режимів їх роботи.

З певним припущення можна вважати, що машинно-тракторні агрегати під час виконання операції мають сталий рух \((v_р = const)\). При цьому \(dv/dt = 0\), тоді \(P_ – \Sigma P_o = 0\) або \(P_ = \Sigma P_o\). Підставивши значення \( \Sigma P_o\) у формулу для визначення \(P_\), дістанемо:

де \(P_\) – тяговий опір машини, кН;
\(P_\) – опір перекочування трактора, кН;
\(P_\) – опір підйому, кН;
\(P_\) – опір повітряного середовища, кН.

Це рівняння являє собою рівняння тягового балансу трактора за рівномірного руху.

Складові рівняння визначають таким чином:

де \(G_\) – вага трактора, кН; \(f\) – коефіцієнт опору руху (залежить від типу агротехнічного фону і типу рушія).

де \(і\) – нахил поля, соті частки відсотка.

1. Опір повітряного середовища для сільськогосподарських тракторів за швидкості до 40 км/год не має суттєвого значення і тому в розрахунках не враховують.

4. Зчіпні властивості тракторів та шляхи їх поліпшення. Вплив умов експлуатації на тяговий баланс трактора

Для того щоб визначити зчеплення трактора з ґрунтом на будь-якій передачі, потрібно обчислити максимальну силу за формулою:

де \(G_\) – зчіпна вага трактора, кН;
\(\mu\) – коефіцієнт зчеплення.

Зчіпна вага гусеничних і колісних тракторів з чотирма ведучими колесами в стані спокою дорівнює їхній вазі:

Зчіпну вагу колісних тракторів з одним ведучим мостом можна визначити з точністю, достатньою для практичних розрахунків, за формулою:

Що більша сила тяги, то масивнішим має бути трактор, щоб забезпечити достатню силу зчеплення.

Найпростіше зчіпні властивості тракторів визначати експериментально за допомогою коефіцієнта зчеплення \(\mu\), який являє собою відношення найбільшої дотичної сили за допустимого буксування до нормальної реакції ґрунту на ведучий апарат енергетичного засобу на горизонтальній ділянці під час усталеної роботи.

Коефіцієнт зчеплення ходового апарата з ґрунтом залежить від фону ґрунту і типу рушія енергетичних засобів.

Зчіпні властивості трактора визначають дослідним шляхом і оцінюють коефіцієнтом зчеплення ведучої частини з ґрунтом. У табл. 1.3.1 наведено значення коефіцієнта зчеплення для основних ґрунтів різних типів.

Таблиця 1.3.1 Коефіцієнт зчеплення для різних ґрунтових фонів

Тип фону (основи) і стан ґрунту	Приблизне значення коефіцієнтів зчеплення, μ
для колісних тракторів	для гусеничних тракторів
Цілина, міцна дернина	0,6. 0,7	1,0. 1,2
Стерня нормальної вологи	0,5. 0,6	0,8. 1,0
Зоране поле	0,4. 0,5	0,6. 0,7
Поле, підготовлене для сівби	0,4. 0,6	0,7. 0,8
Вологий пісок	0,4. 0,5	0,5. 0,6
Сухий пісок	0,3	0,4. 0,5

Шляхи поліпшення зчіпних властивостей тракторів:

• збільшення зчіпної ваги;
• застосування раціонального розміру шин та рисунка протектора;
• раціональний розподіл маси по осях трактора;
• збільшення опорної поверхні ходової частини;
• блокування диференціала ведучих коліс.

Зчіпну вагу трактора збільшують різними способами: зачепленням додаткових вантажів на ведучі колеса, заповнення камер шин водою або 25 %-м розчином СаСl₂, перерозподілом ваги, яка передається на ведучий міст від начіпної або напівначіпної сільськогосподарської машини, застосування механічних або гідравлічних довантажувачів ведучих коліс тощо.

Тягові властивості колісних тракторів можна значно підвищити, якщо обладнати їх напівгусеничним ходом, спеціальними ґрунтозачепами, решітчастими каркасами, здвоєними колесами. На пухкому вологому ґрунті напівгусеничний хід збільшує тягове зусилля колісного трактора приблизно на 60 %.

Рис. 1.3.6. Способи підвищення експлуатаційних властивостей трактора

5. Тягова характеристика трактора та її використання для експлуатаційних розрахунків

Тягова характеристика будується за даними польових випробувань тракторів на основних ґрунтових фонах: цілина, багаторічний переліг, дуже ущільнена стерня; стерня зернових колосових і однолітніх трав; поле після збирання кукурудзи або соняшнику; чистий пар; поле після збирання коренебульбоплодів; поле після переорювання; поле, підготовлене для сівби; свіжозоране поле.

Тягові характеристики подано у вигляді таблиць або графіка (рис. 1.3.7).

Тягова характеристика відображає зміни тягової потужності, швидкості руху, годинної і питомої витрати палива, буксування (а за необхідності і частоти обертання колінчатого вала двигуна) залежно від навантаження на гаку для цих ґрунтових умов.

Для скомплектованого агрегату, за тяговими характеристиками, визначають експлуатаційні показники робочого режиму: його опір, робочу швидкість, частоту обертання колінчастого вала двигуна, потужність на гаку, коефіцієнт буксування, витрату палива.

Рис. 1.3.7. Тягова характеристика трактора

Економічну роботу двигуна і трактора забезпечують такі режими, за яких максимальну ефективну потужність використовують не менш ніж на 70…80, а номінальну силу тяги \(P_\) не менше як на 75…90 %. Раціональне значення коефіцієнта використання тягового зусилля для тракторів під час роботи на рівних ділянках коливається в межах 0,78…0,96.

Додатковий матеріал з цього питання:

Питання для самоконтролю

1. Які сили діють на трактор?
2. Як утворюється рушійна сила трактора?
3. За яких умов виникає дотична сила тяги трактора?
4. Які фактори впливають на дотичну силу тяги трактора?
5. Що таке тяговий баланс трактора?
6. Дайте аналіз тягового балансу трактора.
7. Як визначити зчіпну вагу трактора?
8. Назвіть шляхи поліпшення тягових властивостей тракторів.
9. Які висновки можна зробити за тяговою характеристикою трактора про його експлуатаційні властивості?

Призначення, пристрій і робота магнітного пускача

Привіт, шановні читачі сайту sesaga.ru . З цієї статті ми почнемо вивчення магнітного пускача і все, що з ним пов’язано, а ідею цієї теми підказав постійний читач сайту Сергій Кр.

Магнітний пускач є комутаційним апаратом і відноситься до сімейства електромагнітних контакторів, що дозволяє комутувати потужні навантаження постійного і змінного струму, і призначений для частих включень і відключень силових електричних ланцюгів.

Магнітні пускачі застосовуються в основному для пуску, зупинки і реверсування трифазних асинхронних електродвигунів, однак, через свою невибагливість вони прекрасно працюють в схемах дистанційного керування освітленням, в схемах управління компресорами, насосами, кран-балками, тепловими печами, кондиціонерами, стрічковими конвеєрами і т.д. Одним словом, у магнітного пускача велика область застосування.

Як такий магнітний пускач вже важко зустріти в магазинах, так як їх практично витіснили контактори. Причому за своїми конструктивними та технічними характеристиками сучасний контактор нічим не відрізняється від магнітного пускача, а розрізнити їх можна тільки за назвою. Тому, коли будете купувати в магазині пускач, обов’язково уточнюйте, що це – магнітний пускач або контактор.

Ми розглянемо пристрій і роботу магнітного пускача на прикладі контактора типу КМІ – контактор малогабаритний змінного струму загальнопромислового застосування.

Принцип роботи магнітного пускача.

Принцип роботи дуже простий: напруга живлення подається на котушку пускача, в котушці виникає магнітне поле, за рахунок якого всередину котушки втягується металевий сердечник, до якого закріплена група силових (робочих) контактів, контакти замикаються, і через них починає текти електричний струм. Управління магнітним пускачем здійснюється кнопками «Пуск», «Стоп», «Вперед» і «Назад».

Пристрій магнітного пускача.

Магнітний пускач складається з двох частин: сам пускач і блок контактів.

Хоча блок контактів і не є основною частиною магнітного пускача і не завжди він використовується, але якщо пускач працює в схемі де повинні бути задіяні додаткові контакти цього пускача, наприклад, реверс електродвигуна, сигналізація роботи пускача або включення додаткового обладнання пускателем, то для розмноження контактів, як раз, і служить блок контактів або, як його ще називають – приставка контактна.

Блок контактів або приставка контактна.

Усередині блоку контактів (приставки контактної) вбудована рухлива контактна система, яка жорстко зв’язується з контактною системою магнітного пускача і стає з ним як би одним цілим. Кріпиться приставка у верхній частині пускача, де для цього передбачені спеціальні полози з зачепами.

Контактна система приставки складається з двох пар нормально замкнутих і двох пар нормально розімкнутих контактів.

Щоб йти далі давайте відразу розберемося: що є нормально замкнутий і нормально розімкнутий контакти. На малюнку нижче схематично показана кнопка з парою контактів під номерами 1-2 і 3-4, які закріплені на вертикальній осі. У правій частині малюнка показано графічне зображення цих контактів, що використовується на електричних принципових схемах.

Нормально розімкнутий (NO) контакт в неробочому стані завжди розімкнути, тобто, не замкнутий. На малюнку він позначений парою 1-2, і щоб через нього пройшов струм контакт необхідно замкнути.

Нормально замкнутий (NC) контакт в неробочому стані завжди замкнутий і через нього може проходити струм. На малюнку такий контакт позначений парою 3-4, і щоб припинити проходження струму через нього, треба контакт розімкнути.

Тепер, якщо натиснути кнопку, то нормально розімкнутий контакт 1-2 замкнеться, а нормально замкнутий 3-4 розімкнеться. Про що свідчить рисунок нижче.

Повернемося до блоку контактів.
У початковому стані, коли магнітний пускач знеструмлений, нормально розімкнуті контакти 53NO-54NO і 83NO-84NO розімкнуті, а нормально замкнуті 61NC-62NC і 71NC-72NC замкнуті. Про це говорить шильдик з номерами клем контактів, розташований на бічній стінці блоку контактів, а стрілка показує напрямок руху контактної групи.

Тепер, якщо на котушку пускача подати напруга живлення, то сердечник потягне за собою контакти блоку контактів і нормально розімкнені замкнуться, а нормально замкнуті розімкнуться.

Фіксується блок контактів на пускачі спеціальною клямкою. А щоб блок зняти, досить підняти засувку і висувати блок в сторону засувки.

Магнітний пускач.

Магнітний пускач складається ніби з верхньої та нижньої частини.

У верхній частині знаходиться рухома контактна система, дугогасильні камери і рухома половинка електромагніту, яка механічно пов’язана з групою силових контактів рухомий контактної системи.

Нижня частина пускача складається з котушки, поворотної пружини і другої половинки електромагніту. Поворотна пружина повертає верхню половинку в початкове положення після припинення подачі живлення на котушку, тим самим, розриваючи силові контакти пускача.

Обидві половинки електромагніту набрані з Ш-образних пластин, зроблених з електромагнітної стали. Це наочно видно, якщо витягнути нижню половинку електромагніту.

Котушка пускача намотана мідним дротом, і містить N-ну кількість витків, розраховане на підключення певного напруги живлення рівного 24, 36, 110, 220 або 380 Вольт.

Ну і як відбувається сам процес.
При подачі напруги харчування в котушці виникає магнітне поле і обидві половинки прагнуть з’єднатися, утворюючи замкнутий контур. Як тільки відключаємо харчування, магнітне поле зникає, і верхня частина повертається поворотною пружиною у вихідне положення.

Тепер залишилося розібратися з харчуванням і характеристиками.
На бічній стінці пускача, так само, як і у блоку контактів, нанесена інформація про електричні параметри пускача і для зручності умовно розділена на три сектори:

Сектор №1.

У першому секторі дана загальна інформація про пускачі і його область застосування:

50Гц – номінальна частота змінного струму, при якій можлива безперебійна робота пускача;

Категорія застосування АС-3 – двигуни з короткозамкненим ротором: пуск, відключення без попередньої зупинки.
Наприклад: цей пускач можна використовувати для запуску і зупинки асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, використовуваних в ліфтах, ескалаторах, стрічкових конвеєрах, елеваторах, компресорах, насосах, кондиціонерах і т.д.

Для характеристики комутаційної здатності контакторів і пускачів змінного струму встановлені чотири категорії застосування, є стандартними: АС1, АС2, АС3, АС-4. Кожна категорія застосування характеризується значеннями струмів, напруг, коефіцієнтів потужності або постійних часу, умовами випробувань та інших параметрів встановлених ГОСТ Р 50030.4.1-2002.

Iе 9А – номінальний робочий струм. Це ток навантаження, який в нормальному режимі роботи може проходити через силові контакти пускача. У нашому прикладі цей струм становить 9 Ампер.

Категорія застосування АС-1 – неіндуктівний або слабо індуктивні навантаження, печі, опору. Наприклад: лампи розжарювання, Тени.

Ith 25A – умовний теплової струм (t ° ≤ 40 °). Це максимальний струм, який контактор або пускач може проводити в 8-годинному режимі так, щоб перевищення температури його різних частин не виходило за межі 40 ° С.

Сектор №2.

У цьому секторі вказана номінальна потужність навантаження, яку можуть комутувати силові контакти пускача, і яка характеризується категорією застосування АС3 і вимірюється в кВт (кіловат). Наприклад, через контакти пускача можна пропустити навантаження потужністю 2,2 кВт, що харчуються змінною напругою не більше 230 Вольт.

Сектор №3.

Тут показана електрична схема пускача: котушка і чотири пари нормально розімкнутих контактів – три силових (робочих) і один допоміжний. Від котушки через всі контакти проходить пунктирна лінія, яка вказує, що всі чотири контакти замикаються і розмикаються одночасно.

Напруга живлення 220В подається на котушку через контакти, позначені як А1 і А2.

Сучасні магнітні пускачі випускають з двома однотипними контактами від одного виведення котушки. Їх виводять з протилежних сторін, маркують однаковим режимом літер і значенням, і з’єднують між собою дротяної перемичкою. У нашому випадку це висновки з маркуванням А2. Все це зроблено для зручності монтажу схеми. І якщо доведеться збирати схеми за участю магнітного пускача, використовуйте обидва ці контакту.

Тепер залишилося розглянути контактну групу пускача. Тут все просто.
Силовими контактами є три пари: 1L1-2T1; 3L2-4T2; 5L3-6T3 – до них підключається навантаження, яку Ви хочете живити через магнітний пускач або контактор. Причому контакти 1L1; 3L2; 5L3 є вхідними – до них підводиться напруга живлення, а 2Т1; 4Т2; 6Т3 є такими, що виходять – до них підключається навантаження. Хоча різниці тут немає – що куди, але це вважається за правило, щоб можна було розібратися в монтажі іншій людині, що не виготовляв монтаж.

Остання пара контактів 13ниючи-14ниючи є допоміжною і цю пару використовують для реалізації в схемі самопідхоплення пускача. Тобто, ця пара потрібна, щоб при включенні в роботу, наприклад, двигуна, весь час його роботи не довелося тримати кнопку «Пуск». Про самопідхоплення ми поговоримо в наступній частині.

Ну і останнє, на що хотів звернути Вашу увагу, це на те, що сучасні пускачі, автоматичні вимикачі та УЗО тепер можна розміщувати в одному ящику і на одну дин рейку. Так що враховуйте це при виборі ящика.

Тепер я думаю Вам зрозуміло призначення, пристрій і робота магнітного пускача, а у другій частині ми розглянемо схеми підключення магнітного пускача.
А поки досвіданія.
Успіхів!