Силы, действующие на агрегат. В динамическом отношении машинно-тракторный агрегат представляет собой систему твердых тел, связанных между собой жесткими и упругими связями. Агрегат движется и работает в результате взаимодействия сил, действующих на него.
Источником энергии для агрегата с трактором, оборудованным тепловым двигателем, является топливо. Тракторный двигатель, преобразуя энергию топлива в механическую, реализует
ее в виде крутящего момента Ме. Весь момент (для прицепного агрегата) или часть его (для приводного) через трансмиссию передается движителю, в результате чего при достаточном сцеплении трактора с почвой создается движущая сила F. Она сообщает трактору и машинам ускорение при трогании с места и при изменении скорости движения, а также преодолевает их сопротивление при установившемся движении (постоянной скорости).
На рисунке представлена общая схема внешних сил, действующих на трактор, при его движении на подъем с углом а.
В направлении движения можно выделить следующие силы: 1) силу F, движущую агрегат; 2) силы сопротивления — тяговое сопротивление рабочей части агрегата Rа, возникающее в связи с перемещением и выполнением рабочей машиной технологического процесса; сопротивление движению трактора Pf, возникающее в связи с деформацией почвы ходовой частью, механическими потерями и т. п.; сопротивление воздушной среды Рвозд и сопротивление подъему (спуску) трактора Pα= ±Gsinα (G —вес трактора*). Общее сопротивление Pc=Rа + Pf + PB03Д.± Pα
Среди внешних сил сопротивления, действующих на агрегат решающее значение имеет сопротивление рабочей части агрегата (рабочей машины) Rа.
В направлении, перпендикулярном к плоскости движения действуют следующие внешние силы: 1) составляющая веса трактора G cosα; 2) составляющие реакции почвы, действующие на ведущие и направляющие колеса RB и RH (для колесного трактора) или Rосн (для гусеничного); 3) составляющая от воздействия рабочей машины Rв.м.
Работа и движение агрегата возможны только при определенном соотношении скорости движения v, приведенной массы агрегата т и сил, действующих на агрегат (трактор) в направлении движения. Это соотношение определяется уравнением движения
dυ/dt = (F-Pc.) / m.
В ряде случаев сельскохозяйственные агрегаты характеризуются переменной массой машин (главным
образом из-за поступления или разгрузки материалов). В этом случае уравнение движения агрегата имеетболее сложный вид. В эксплуатационных расчетах приведенную массу машин принимают постоянкой.
Вследствие непрерывного изменения условий: свойств почвы глубины обработки, микрорельефа и других, которые имеют случайный (в вероятностно-статистическом смысле) характер, все величины, входящие в уравнение движения, в процессе работы агрегата также имеют случайный характер и непрерывно изменяются. В связи с этим изменяется (как правило, по закону нормального распределения) и ускорение dυ/dt. Это сказывается на качестве технологического процесса и ухудшает работу агрегата. Для каждого технологического процесса существуют допустимые пределы вариации ускорения.
Если движущая сила F и силы сопротивления Рс изменяются сравнительно мало, то ускорение dυ/dt зависит только от приведенной массы агрегата: чем она больше, тем меньше ускорение. Поэтому при прочих равных условиях агрегаты, имеющие большую массу, устойчивее в своем движении.
Поскольку m dυ/dt представляет собой приведенную силу инерции pj, направленную в сторону, противоположную направлению ускорения, то силы, действующие в направлении движения агрегата, можно представить уравнением, которое называется тяговым балансом агрегата:
F= Ra+Pf+Pвозд± Pα ±Pj
Так как скорости движения машинно-тракторных агрегатов сравнительно небольшие, сопротивление воздушной среды невелико и им обычно пренебрегают, принимая Рвозд = 0.
В большинстве практических расчетов по ЭМТП (кроме процесса разгона и торможения агрегата), имея в виду закон нормального распределения ускорения, его считают по среднему значению, (dv/dt = 0), т. е. принимают, что движение установившееся.
В этом случае тяговый баланс определяется тем, что движущая сила равна сумме сил сопротивления, которые она преодолевает:
F = Ra+Pf± Pα.
В случае когда требуется учитывать мгновенные значения действующих сил (при рассмотрении качества технологического процесса, прочности и вибрации частей трактора, действия автоматических устройств, при расчете ряда экономических показателей и т. д.), следует исходить из неустановившегося характера движения и принимать в расчет ±Рj.
Как видно из уравнений и из рисунка тяговый баланс определяет соотношение фактических усилий, причем в случае установившегося движения тяговое усилие Рт = Rа, а движущая сила F = PC. Предельные же (или оптимальные) значения этих величин характеризуют эксплуатационные свойства трактора и зависят вовсе не от значения преодолеваемых сопротивлений, а от возможностей (свойств) самого трактора и его двигателя.