Laboratorium Układów Napędowych Pojazdów

Ćwiczenie 4.

Charakterystyka uciągu silnika rolniczego

Sprawozdanie

1. Jasińska Marta

2. Jasiński Adrian

3. Kaczmarek Mariusz

4. Kornus Cezary

5. Koroś Mateusz

6. Lewczuk Łukasz

7. Mazurek Damian

8. Musiel Karol

9. Szczotka Grzegorz

1. Cel ćwiczenia i obiekt badań

Celem tego ćwiczenia jest sporządzenie charakterystyki uciągu silnika rolniczego. Charakterystyka uciągu przedstawia zmianę następujących wielkości zależnie od siły uciągu F_u:
-prędkości rzeczywistej ciągnika – v,
-prędkości teoretycznej ciągnika – v_t,
-godzinowego zużycia paliwa - Q_u,

-mocy uciągu - N_u,

-jednostkowego zużycia paliwa - q_u,

-poślizgu kół napędowych – s

-czasu spalania pomiarowej dawki paliwa t.

Taka charakterystyka dobrze obrazuje własności robocze ciągnika rolniczego, który porusza się po płaskim i poziomym podłożu ruchem jednostajnym. Zakładamy przy tym, że opór powietrza jest pomijalnie mały.

F_u, v_g, t, Q_u, n_s mierzyliśmy w każdym punkcie pomiarowym, natomiast resztę wielkości mogliśmy obliczyć. Na podstawie pomiarów i obliczeń można było wykonać wykresy wyżej wymienionych wielkości w funkcji siły uciągu F_u i sformułować odpowiednie wnioski.

Obiektem badań jest ciągnik rolniczy C-3514 z napędem na tylną oś. Ciągnik jedzie na uwięzi po twardym podłożu gąsienicowym stanowiska badawczego. Na kształt charakterystyki mają wpływ następujące czynniki niezależne od konstrukcji ciągnika:
-temperatura czynnika w układzie chłodzenia silnika – mająca wpływ na proces spalania i zużycie paliwa;
-temperatura oleju w układzie napędowym – mająca wpływ na sprawność mechaniczną;

-ciśnienie powietrza w oponach – mające wpływ na opory toczenia

-temperatura opon – mająca wpływ na poślizg kół napędowych.

Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rys. 1.

Ciągnik (1) porusza się po poziomym torze (2), który stanowią dwie równoległe gąsienice ze stalowymi płytami nośnymi. Tor może być napędzany lub hamowany przez układ napędowy składający się z maszyny elektrycznej (4) i reduktorów. Odpowiednio sterując maszyną (4) można zrównoważyć moc doprowadzaną do gąsienic z mocą oporów własnych toru. Wartość siły uciągu mierzona dynamometrem (3) spadnie wtedy do zera. Gdy z maszyny pobierana jest moc elektryczna następuje hamowanie toru i jednoczesny wzrost poślizgu kół napędowych ciągnika i wartość siły uciągu. Do osi maszyny zamocowany jest nadajnik prędkości obrotowej (5) podający w km/h prędkość przesuwania się toru, odpowiadającą rzeczywistej prędkości jazdy. Do wału silnika zamocowany jest nadajnik (6) mierzący w obr/min jego prędkość obrotową. Silnik ciągnika zasilany jest z miernicy dozującej dawkę pomiarową paliwa.

1. Wyznaczenie współczynnika C

V_t=C n_S

gdzie:
V_t – prędkość ciągnika [km/h]
C – współczynnik uwzględniający całkowite przełożenie w układzie napędowym ciągnika oraz promień dynamiczny opon kół napędowych, przy założeniu że prędkość teoretyczna jest równa prędkości jazdy dla F_u=0
n_S – prędkość obrotowa silnika [obr/min]

$$\mathbf{V}_{\mathbf{t}}\mathbf{= \omega\ }\mathbf{r}_{\mathbf{k}}\mathbf{\ }\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{\ }\frac{\mathbf{3600}}{\mathbf{1000}}\mathbf{\backslash n}$$

r_k – promień dynamiczny koła napędzanego – w badanym ciągniku rozmiar opon kół napędzanych to 14,9-28, którego promień dynamiczny przyjmuję r_k = 0,784 m
i_c – przełożenie całkowite w układzie napędowym

Podstawiając wzór (3) do wzoru (2) otrzymujemy:

V_t=0, 377 r_k i_c n_S ∖ n ∖ n

C=0, 377 r_k i_c

Przełożenie całkowite obliczam z zależności na siłę uciągu:

F_u=F_n−Gf∖n

$$\mathbf{F}_{\mathbf{n}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{S}}\mathbf{\ }\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{\ }\mathbf{\eta}_{\mathbf{m}}}{\mathbf{r}_{\mathbf{k}}}\backslash n\backslash n$$

Ciężar ciągnika obliczam ze wzoru dla ciągnika z napędem na tylną oś:

$$\mathbf{G}\mathbf{=}\frac{\mathbf{F}_{\mathbf{u}}}{\mathbf{\lambda\mu - f}}\backslash n$$

$$\mathbf{\lambda}\mathbf{=}\frac{\frac{\mathbf{a}}{\mathbf{L}}}{\mathbf{1 - \mu}\frac{\mathbf{h}}{\mathbf{L}}}\backslash n$$

Podstawiając wzór (7) do wzoru (6) otrzymujemy:

$$\mathbf{F}_{\mathbf{u}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{S}}\mathbf{\ }\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{\ }\mathbf{\eta}_{\mathbf{m}}}{\mathbf{r}_{\mathbf{k}}}\mathbf{- Gf}$$

Przekształcając otrzymujemy wzór na całkowite przełożenie:

$$\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\frac{\left( \mathbf{F}_{\mathbf{u}}\mathbf{+ Gf} \right)\mathbf{r}_{\mathbf{d}}}{\mathbf{M}_{\mathbf{S}}\mathbf{\text{\ η}}_{\mathbf{m}}}\backslash n$$

$$\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\frac{\left( \mathbf{6660}\mathbf{+}\mathbf{20580*0,1} \right)\mathbf{0,784}}{\mathbf{146,8*0,9}}\mathbf{= 51,73}\backslash n\backslash n$$

C=5, 717*10⁻³ ∖ n

1. Wykresy charakterystyki uciągu

2. Wnioski

Wraz ze wzrostem siły uciągu wzrastają godzinowe zużycie paliwa, moc uciągu, poślizg, maleje prędkość obrotowa silnika. Wykresy mają taki przebieg aż do momentu gdy prędkość obrotowa silnika wejdzie w obszar działania regulatora wielozakresowego. Powyżej prędkości obrotowej, kiedy włącza się regulator gwałtownie maleją prędkość obrotowa, moc uciągu i jednostkowe zużycie paliwa. Widać jest, że ciągnik pracuje najbardziej ekonomicznie właśnie gdy silnik pracuje w obszarze stromej gałęzi charakterystyki.