拖拉机的功率

    第四节　拖拉机的功率

    一、拖拉机发动机的有效功率

    发动机产生动力而做功是燃料燃烧的结果。工作混合气在发动机汽缸内燃烧所产生的功率，称发动机的指示功率。发动机在曲轴上所获得的实际功率，称为发动机的有效功率。工厂说明书上所标定的有效功率是指在额定转速下发动机的有效功率。例如，东方红-75型拖拉机发动机标定的有效功率为75马力；东风-50型拖拉机发动机标定的有效功率为50马力等。由于发动机工作时，指示功率的一部分需要来克服曲柄连杆机构和配气机构等零件的摩擦上，如活塞、活塞环与汽缸壁的摩擦；连杆轴承与主轴承、气门零件的摩擦；等。还有驱动发动机附属机构所消耗的功率，如驱动喷油泵、机油泵、水泵、风扇、压气机等。所以，发动机的有效功率要比指示功率小。

    若把这些摩擦损失的功率称之为摩擦功率，那么发动机的有效功率N_发，指示功率N_指和摩擦功率N_摩三者之间有以下的关系：

    N_发=N_指－N_摩

    最大有效功率与相应的指示功率之比成为机械效率η_效，可用下式表示：

    

    一般发动机在全负荷工作情况下，机械效率大致范围为：柴油机0.6～0.85，汽油机0.7～0.90。

    为了在可能范围内提高发动机的有效功率，就必须以提高发动机的指示功率和降低摩擦功率的消耗着手。维护修理和装配的正确与否，以及润滑条件等对摩擦功率影响很大。如果装配技术状况不佳，相对运动零件配合过紧（间隙过小）或润滑不良，都会增加摩擦功率的损失而减小有效功率。

    二、拖拉机的牵引功率

    拖拉机的有效功率变为拖拉机有用的功率具有多种利用方式：例如，通过皮带轮输出动力，动力输出轴驱动农具工作，牵引农机具工作和牵引并同时驱动农机具工作等。其中以拖拉机（牵引或悬挂）农机具工作应用最广。

    拖拉机的牵引功率就是指拖拉机牵引农机具工作时挂钩上的功率，这是发动机有效功率的一部分。因为当发动机将其有效功率传递到拖拉机挂钩上，成为可以利用的牵引功率过程中，还需支出一系列其他方面的功率消耗。

    （一）拖拉机功率平衡的概念

    拖拉机牵引农机具在田间进行农业生产工作，只是利用拖拉机的牵引功率，由发动机有效功率N_发变为牵引功率N_牵时，其损失的功率主要包括：拖拉机传动装置中机械损失的功率N_传；拖拉机驱动装置滑转损失的功率N_滑；拖拉机自身移动所消耗的功率N_滚；拖拉机上坡所消耗的功率N_坡；拖拉机克服惯性所需的功率N_惯。

    如图1-8所示，除去各项功率损失后，就是拖拉机可能产生的牵引功率N_牵。将这些功率列成等式，就称作拖拉机的功率平衡方程式：

    

    

    图1-8　拖拉机功率平衡图

    N_发=N_传＋N_滑＋N_滚±N_坡＋N_牵＋N_惯

    拖拉机做匀速运动时，可写成：

    N_发=N_传＋N_滚＋N_滑±N_坡＋N_牵

    从拖拉机功率平衡中可以看出，要增大牵引功率，则需要减少各项功率损失，下面对功率平衡中各个因素加以分析。

    1.拖拉机传动装置中的功率损失

    拖拉机传动装置中的功率损失是由以下各种摩擦所造成的。各传动副齿轮之间的摩擦；轴承的摩擦；油封的摩擦；传动装置中搅动润滑油的摩擦和链轨拖拉机上驱动轮与链轨啮合摩擦；等。

    传动装置中摩擦所需要的功率N_传的大小，取决于传动副的种类，啮合齿轮的对数，零件的加工质量，齿轮的磨损程度，调整精度，润滑油的黏度等。

    传动损失的大小用传动效率η_传表示，各种传动装置的效率如表1-5所示。

    

    表1-5　各种传动装置的传动效率概值

    

    表中大的数值一般适用新的传动副，小的数值适用于旧的传动副。

    为了求得拖拉机全部传动装置的总功率，须将每对传动装置的效率相乘，即：

    η_传=η₁η₂η₃……

    式中：η_传——传动装置效率；

    　　　η₁η₂η₃……——各对传动装置效率。

    传动装置的效率是拖拉机传动装置中功率损失的指标，其值为：

    

    式中：N_驱——拖拉机驱动装置上的功率或称为驱动轮缘功率。

    传动装置内所消耗的功率可按下式求得：

    N_传=N_发－N_驱=N_发（1－η_传）（马力）

    在正常情况下，传动装置中的总的功率损失：轮式拖拉机占发动机有效功率的10%左右；链轨拖拉机占15%左右。为了减少传动装置中的功率损失，一方面要保证传动装置各零部件的制造，修理和装配质量，另外在使用中要进行认真的技术保养工作，确保机件润滑良好。为了防止额外的传动功率损失，还应注意主离合器和链轨拖拉机转向离合器的正确调整，防止制动带经常摩擦制动毂等。

    2.拖拉机自身移动的功率损失

    拖拉机本身移动时，要产生移动的滚动阻力，这个阻力就是拖拉机移动自己所需要的动力。若已知拖拉机的滚动阻力系数，则此力可按下式求得：

    P_滚=G_拖f（kg）

    式中：G_拖——拖拉机的重量（kg）；

    　　　f——在所计算的条件下，拖拉机滚动阻力系数。因此，拖拉机移动自身所消耗的功率为：

    

    式中：V_工——拖拉机工作中的实际移动速度（km/h）。

    为了减少滚动功率的损失，除了改进拖拉机行走装置的设计外，应注意行走部分的调整保养以及采用正确运用拖拉机的措施。

    3.拖拉机滑转的功率损失

    拖拉机移动时，驱动装置作用于土壤，使土壤受挤压而变形，变形的结果就会使拖拉机产生滑转现象，俗称打滑。滑转使拖拉机的移动速度降低而损失功率，在完全滑转的情况下，轮子或者链轨发生原地空转而使拖拉机不能前进，拖拉机就无法进行工作。

    在各种土壤条件下，滑转的数值可以用试验的方法来确定。拖拉机在试验区上先空行200m，然后用相同的挡次，油门位置不变在负荷工作情况下进行200m，在此过程中分别数出拖拉机左右驱动轮的转数，取其平均值，再按前节叙述的滑转率公式计算，求出滑转率的数值。由滑转率和驱动装置的功率，就可按下式求得因滑转所消耗的功率。

    N_滑=N_驱δ（马力）

    滑转率的大小取决于驱动装的构造、土壤状态、附着重量、挂钩上负荷及运动速度等因素。链轨拖拉机具有较大的支持面积和较大的附着重量，所以在同一土壤条件下，它的滑转要比轮式拖拉机小，因此，在松软及潮湿的土壤上工作时，链轨式拖拉机要比轮式拖拉机具有较大的优越性，对轮式拖拉机来说，要减少滑转率，应从改良行走装置着手，如采用高花纹轮胎等。

    4.拖拉机上坡所消耗的功率

    拖拉机在上坡时所消耗的功率，是因为上坡阻力P_坡而引起的，如已知拖拉机在上坡时的阻力及拖拉机的工作速度，即可以求得上坡所需要的功率：

    

    为了减少上坡功率损失，拖拉机在坡地上工作时，应横着坡向来划分小区，使拖拉机横坡工作，这样也利于水土保持。

    5.拖拉机牵引功率的计算

    已知发动机的有效功率，并已求得拖拉机在工作中各种功率的损失，便可由拖拉机功率平衡方程式求出牵引功率：

    N_牵=N_发-（N_传+N_滚+N_滑+N_坡）（马力）

    在地平线上，拖拉机的牵引功率为：

    N_牵=N_发-（N_传+N_滚+N_滑）（马力）

    此外，当已知拖拉机的牵引力P_牵和工作速度V_工时，可用下式直接求得牵引功率值。

    

    （二）拖拉机的牵引功率

    拖拉机挂钩上的有效功率与相应的发动机有效功率之比，称为拖拉机的牵引效率η_牵，可用下式表示：

    

    由此可见，在实际运用中如何设法提高拖拉机的牵引效率，必须同时从保证发动机有效功率和减少功率损失两个方面着手。一般来说，传动功率损失受外部条件影响甚小，而且接近为一定值，而滑动功率和滚动功率的损失则与拖拉机驱动行走装置的构造、土壤条件、拖拉机的附着重量和牵引力的大小等关系很大。因此，当拖拉机的附着重量一定时，拖拉机的牵引效率还随着牵引力的变化而变化，所以在各档下的最大牵引效率是不同的。

    在各种土壤条件下拖拉机的最大牵引效率值如表1-6所示。

    

    表1-6　拖拉机牵引效率概值