Phương trình cân bằng cơng suất của máy kéo là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa công suất phát ra của động cơ và các thành phần cơng suất chi phí cho các lực cản chuyển động. Trường hợp tổng quát là khi máy kéo có sử dụng trục thu cơng suất, phương trình có dạng như sau:
Pe Pms Pf P Pi Pj Pm P0 (3.1) Trong đó:
e
P công suất hiệu dụng của động cơ;
ms
P công suất tiêu hao trong hệ thống truyền lực và trên nhánh xích
chủ động (nếu là máy kéo xích);
f
P công suất tiêu hao cho lực cản lăn;
P công suất tiêu hao do bánh chủ động hoặc xích bị trượt;
i
P cơng suất tiêu hao do lực cản dốc, lấy dấu (+) khi lên dốc và lấy
dấu () khi xuống dốc;
i
P công suất tiêu hao cho lực cản quán tính, lấy dấu (+) khi chuyển động nhanh dần và lấy dấu () khi chuyển động chậm dần;
m
P cơng suất có ích trên móc kéo (cơng suất kéo); 0
P công suất truyền cho trục thu công suất.
Tỷ số giữa công suất kéo và phần công suất động cơ dùng để thực hiện công việc kéo được gọi là hiệu suất kéo:
k m e o P P P (3.2) Trường hợp không sử dụng trục thu công suất :
k m
e P
P
(3.3) Hiệu suất kéo là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất kéo của máy kéo và để đánh giá so sánh chất lượng kéo của các máy kéo khác nhau.
Hiệu suất kéo phụ thuộc vào các thông số cấu tạo, chế độ tải trọng và điều kiện sử dụng chúng. Vì vậy, cùng điều kiện sử dụng như nhau, hiệu suất kéo của các máy kéo khác nhau là khác nhau hoặc cùng một loại máy kéo, hiệu suất kéo sẽ khác nhau khi làm việc ở điều kiện khác nhau.
Để đơn giản trước hết ta xét trường hợp máy kéo chuyển động ổn định trên đường nằm ngang và không sử dụng trục thu công suất. Các trường hợp khác sẽ được xem như là trường hợp đặc biệt.
Trong trường hợp này phương trình cân bằng cơng suất như sau:
e ms f m
P P P P P (3.4) Phân tích bản chất của q trình truyền cơng suất ta có thể biểu diễn phương trình (3.4) theo dạng sơ đồ sau đây:
Trong đó:
k
P công suất truyền cho bánh chủ động ;
Pk Pe Pms F vk T
R
P - công suất truyền lên khung để đẩy máy kéo chuyển động;
PR Pk P F vk
m
P công suất kéo ở móc.
Pm PR Pf F vm Pk=FkvT
Pe PR=Fkv Pm=Fmv
k
F lực kéo tiếp tuyến ;
T
v , v vận tốc lý thuyết và vận tốc thực tế;
Các hao tổn công suất trong từng khâu truyền Pms ,P ,và Pf cũng được đánh giá qua các hiệu suất tương ứng, cụ thể là:
Hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực:
k e ms 1 ms m e e e P P P P P P P (3.5) Suy ra: Pms (1 m)Pe
Hiệu suất tính đến sự ảnh hưởng của độ trượt
R k k k t T P F v v P F v v hoặc 1 (3.6)
Hiệu suất tính đến sự ảnh hưởng của lực cản lăn:
f m m m m R k k G m P F v F F P F v F fF F (3.7)
Kết hợp các công thức (3.3),(3.5),(3.6)và (3.7) với những phép biến đổi đơn giản ta nhận được:
(1 ) m k m f m G m F fF F (3.8)
Khi tính tốn có thể chấp nhận ta giả thiết là hệ số cản lăn và hiệu suất cơ học trong hệ thống truyền lực là những đại lượng không đổi: f = const; ηm =
const
Trên hình 3.1 là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu suất kéo k và lực kéo Fm theo cơng thức (3.8), Qua hình 3.1 ta thấy khi lực kéo Fm 0
ma sát trong hệ thống truyền lực và để thắng lực cản lăn. Với sự tăng lực kéo hiệu suất kéo cũng tăng lên và đạt giá trị cực đại max, sau đó giảm dần đếnk 0(ứng với độ trượt Trường hợp k 0 tồn bộ cơng suất động cơ bị hao tổn do ma sát trong hệ thống truyền lực và do trượt)
Khi k maxmáy kéo làm việc có hiệu quả nhất, do đó giá trị lực kéo ứng với max được gọi là lực kéo tối ưuFtu.
Cần lưu ý rằng, hệ số và đường đặc tính trượt phụ thuộc vào các thông số cấu tạo của máy kéo và các tính chất cơ lý của đất. Do vậy các giá trị max và Ftu của các máy kéo khác nhau sẽ khác nhau và cũng sẽ thay đổi khi điều kiện sử dụng thay đổi.
Hình 3.1. Đặc tính trượt và hiệu suất