Сила сопротивления воздушной среды

Движение автомобиля связано с перемещением частиц воздуха, на что расходуется часть мощности двигателя.

Коэффициент обтекаемости численно равен силе сопротивления воздуха в м/с,

Лобовой площадью автомобиля называется площадь его проекции на плоскость, перпендикулярную к продольной оси автомобиля.

СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ. СОЗДАВАЕМАЯ ПРИЦЕПАМИ (сила тяги на крюке)

Силу тяги на крюке обычно измеряют динамометром

СИЛЫ ИНЕРЦИИ

При ускорении машины, а этот случай наиболее важен для ее динамики, крутящий момент двигателя используется не только для преодоления перечисленных выше сопротивлений, но и для разгона поступательно движущихся и вращающихся масс машины, инерции поступательно движущихся масс машины могут быть заменены их равнодействующей, приложенной в центре масс, который условно принимают совпадающим с центром тяжести и направленной параллельно нуги движения.

При замедленном движении направление силы инерции совпадает с направлением движения; при ускоренном движении она направлена в противоположную сторону. У гусеничных машин необходимо также учесть момент касательных сил инерции ведущих колес гусениц и соответствующих звеньев гусеничной цепи, находящихся в зацеплении с ведущими колесами, а также момент касательных сил инерции направляющих колес с соответствующими звеньями гусениц, опорных и поддерживающих катков.

ТЯГОВЫЙ БАЛАНС

Зная рассмотренные выше силы, можно составить уравнение равновесия между силами тяги и силами сопротивления движению. Такое уравнение называется тяговым балансом или уравнением движения машины.

При установившемся движении машины на горизонтальном участке пути и, пренебрегая сопротивлением воздуха, уравнение тягового баланса запишется:

2. Тягово-динамические характеристики. Их построение, анализ. Динамический паспорт, назначение, построение, анализ.

Рассмотрим построение тяговой характеристики на примере 4-
х скоростной коробки передач-рисунок 4. С помощью равенства (3)
Мк=Ме-11р-цтр, а для тракторов - (57) - Р^Ме-Ц-Цтр-цУгзв, определяют
значение Рк для каждого значения данной частоты вращения
двигателя. Соответствующая этой частоте вращения скорость па при
отсутствии буксования определяется: 1)а=27гпетд/1гр, (59)
где гл - выражается в метрах.

Т.к., 1тр изменяется при перестановке передач в трансмиссии, необходимо найти связь иа и пе для каждой ступени коробки передач.

Пусть Ркр = 0, тогда сумма всех сил сопротивления сводится к Ру+Р^..

Внизу графика приведена зависимость Р»=/(•»„). При пе=сопз1 значение 1>а на различных передачах обратно пропорционально передаточному числу в коробке передач!к -1)1:1)11=111:11, и т.д. Поэтому размер деления шкалы частот вращения, например, для первой передачи в 1: раз меньше размера деления шкалы для прямой передачи. Для некоторых значений коэффициента суммарного сопротивления дороги \|/а, \|/ь и т.д. из графика проведены кривые Р^+Р». Точки пересечения кривых Р^+Р^ с Рк показывают, что при скорости г>а соответствующей этим точкам, происходит равномерное движение машины. Так точке А соответствует такое движение машины на IV передаче с максимальной скоростью для данных значений Р^+Р^. Если Р^Ру+Р-» (точка В) имеется запас силы тяги (отрезок ординаты ВС), который может быть использован для преодоления больших сопротивлений движению или на разгон машины до скорости «а. Отрезки вертикальных линий, заключенные внутри заштрихованной площади, определяют величины тяговой силы, равные Л Рк, которые могут быть использованы для ускорения автомобиля. Если необходимо сохранить скорость г>\ неизменной при движении на той же IV передаче, водитель должен снизить подачу топлива, пока кривая Рк не пересечет кривую Р>?а+Рм, при скорости г>'а. Очевидно, если сопротивление движению возрастает (кривая Р^ь+Р» X силы тяги на IV передаче не хватит и водитель должен перейти на более низкую передачу. График тягового баланса показывает соотношение между отдельными силами сопротивления движению и тяговой силой на колесах, а также позволяет подсчитать возможные ускорения разгона; максимальное сопротивление дороги, которые может преодолеть автомобиль при разных условиях движения, а также величину максимальной скорости. Однако, все эти задачи значительно удобнее решать с помощью динамической характеристики автомобиля.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ДИНАМИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ

Графики динамической характеристики очень удобны при сравнении динамических качеств нескольких типов машин. Пусть Р,ф = 0, тогда уравнение (54) можно записать в виде: Рк-Р^Р^й-гСа/!? или, разделив это равенство на величину Са. получим:

[(Рк-Р„)/Са]=[(Р^6-]-Са/а)/С-а]= ч» ± й ]/§=В (60)
Для лесовозных машин можно принять Р№= 0, тогда:

В=Рк/Са=ч/±8]/ё (61)

Величина В зависит только от конструктивных параметров автомобиля. Отношение Рк/Са называется динамическим фактором (Д.Ф.), который представляет собой отношение тяговой силы Рк на ведущих колесах к силе тяжести машины Са (В - это сила тяги, приходящаяся на единицу веса машины).

При равномерном движении машины: В=\|/. Зависимость динамического фактора от скорости движения на разных передачах называется динамической характеристикой автомобиля - Рисунок 5.

Характерные точки динамической характеристики, приводимые в технических характеристиках автомобиля - рисунок 5-а. 1. 1>тах- максимальная скорость авто на дороге с \[/ = 0.015 (точка 1)

2. В| - динамический фактор на прямой передаче при скорости, которая наиболее характерна для данного типа авто (обычно 0.4..0.5)У1ШХ-точка2.

3. О'тах - максимальное значение динамический фактор на высшей передаче и соответствующее ему значение скорости «,ф. Эту точку находят проведением касательной параллельно оси абсцисс к кривой Д на прямой передаче - точка 3.

4. В2 (В3) - динамический фактор на промежуточных передачах, характеризующий способность авто к преодолению длительных подъемов - точка 4.

5. Втах - динамический фактор на низшей передаче, харак теризующий максимально преодолеваемое дорожное сопротивление - точка 5.

Значение динамичекого фактора при максимальной скорости определяет величину дорожного сопротивления, которое может быть при этой скорости преодолено. Максимальный динамический фактор -Вшах характеризует величину наибольшего дорожного сопротивления Ч'гаах; преодолеваемого при равномерном движении на первой передаче. На графике.динамической характеристики в масштабе динамического фактора - В можно откладывать величину коэффициета суммарного сопротивления дороги \|». Для определения максимальной скорости движения автомобиля по той или иной дороге на динамическую характеристику необходимо нанести линию, представляющую заданное сопротивление дороги у. При этом возможно несколько случаев:

1. Если линия \|/ пересекается с кривой В (\|/1,2-В4); то максимальная скорость равна г>1 (г>2), т.к. при этой скорости соблюдается условие В=\|/ - рисунок 5-в.

2. Если кривая В проходит выше линии \у (2 2 -Вз) -рисунок 5-а, то равномерное движение при полной подаче топлива в цилиндры невозможно, т.к. В даже на высшей передаче во всем диапазоне скоростей больше \|/. Избыток В приводит к разгону автомобиля.

3. Если В < \|/ (В[ -3 3), то движение с постоянной скоростью при

таком значении х|/ невозможно, и автомобиль может двигаться только замедленно.

4. Если линия \|/ пересекает кривую В в двух точках (4 4 -В2), то автомобиль при полном открытии дроссельной заслонки может

двигаться равномерно как со скоростью и 2, так и со скоростью п 3. Для равномерного движения со скоростью большей г> 2 и меньшей г> 3, необходимо уменьшить мощность двигателя,

прикрыв дроссельную заслонку. У существующих грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности наибольшие значения В находятся в пределах: для первой передачи — 0.32... 0.42; для прямой передачи - 0.05... 0.06. Для автопоездов значение соответственно уменьшается: для первой передачи -0, 20... 0.25; для прямолинейной- 0.03... 0, 05.

По динамической характеристике легко решается и обратная задача: определение суммарного сопротивления дороги, преодолеваемого автомобилем при движении с заданной скоростью. Для этого на динамической характеристике определяют величину В при указанной скорости и тем самым находят коэффициент \|/. Так, например, при скорости vi, коэффициент суммарного сопротивления

ДОрОГИ V,, а при 1) 2 =Л|/2 - р„сун<ж 5-в-

Угол подъема для каждой передачи может быть найден из соотношения:

(62)

или > В=/(1-8т2о)"'5+8шо

Тогда

8та=[В-/(1-В2+/2) ° "5 ]/(1+/2) (63)
Динамические характеристики могут быть также
использованы для определения времени и пути разгона машины.
Способность машины к быстрому разгону называется приемистостью
(машины). Из равенства (60) можно определить величину ускорения
]=(В-1|/)'§/8, которое при \|г=соп81: зависит только от В и 6.
Известно, что ]=йг>а/<И, тогда

а*=<11)а/| (64)
Тогда время разгона машины от скорости и'а до па
определится:

1)а

Т=!(1/])<Ь>'а (65)

«'а

Рассмотренными тяговыми динамическими
характеристиками пользуются при исследовании динамических
качеств автомобиля и автопоездов, колесных транспортно-
трелевочных тягачей и других машин подобного тина. Для
тихоходных тракторов тяговые характеристики строятся в зависимости
от Ркр, т.к. основным параметром у них является сила тяги на крюке.

Динамический паспорт представляет собой совокупность динамических характеристик, номограммы нагрузок и графика контроля буксования -рисунок 7. Динамический паспорт автомобиля
позволяет решать уравнение движения с учетом большего числа
факторов: конструктивных параметров автомобиля (Ме, 1тр и т.д.),
основных характеристик дороги (\|/, <р) и нагрузки на автомобиль, что
послужило причиной широкого использования динамического
паспорта при расчетах движения автомобиля. Динамическую
характеристику строят для автомобиля с полной нагрузкой. С
изменением веса от Са до С0 величина Т) изменяется и становится
равной: В0=(Рк-Ри,)/С=Оа(Са/С0) (66)

Чтобы не пересчитывать при каждом изменении нагрузки величину, динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок - рисунок 6. Из равенства (66) нетрудно заметить, что во сколько раз увеличивается С во столько раз уменьшается В.

Пусть Вх - при новом весе Сх автомобиля. Тогда ВХ=В(С/СХ). Т.о. зная вес и В нагруженного автомобиля и вес его в любом состоянии Сх определим и Вх для этого состояния. Итак, строим динамический паспорт. На продолжении оси абсцисс наносим шкалу нагрузки в % (для грузовых автомобилей) или по числу пассажиров (для легковых автомобилей и автобусов).

Через нулевую точку шкалы нагрузок проводим прямую параллельно оси Ва, и на ней наносим шкалу В„ для автомобиля без нагрузки. Величину масштаба аа для шкалы В0 определяем:

«0=«а(С(УСа), (67)
где яа - масштаб шкалы Д.Ф. для автомобиля с полной нагрузкой;

С0 - собственный вес автомобиля в снаряженном состоянии, в который включают вес водителя, Н. Пусть яа - 100 мм, которым соответствует 0,1 или 0,05 Ва тогда

полученное значение "о будет соответствовать 0,1 (0,05) *^о.

Равнозначные деления шкал В0 и Ва (например, 0.05; 0.1; и т.д.) соединяют между собой прямыми линиями. Наклонные линии на номограмме нагрузок обычно проводят через "круглые" (кратные 5) значения В. Поэтому при расчетах промежуточные значения В определим интерполированием. Определим, например, какому значению В соответствует точка А при 90 % нагрузки - рисунок 6.

Наклонные линии на рисунке 6 проведены через каждые 0.05 Динамического

Фактора. Точка А находится между линиями, которые соответствуют значениям В =0.20 и 0.25. Чтобы определить величину В при данной нагрузке с точностью около одной сотой, разделим отрезок АВ на 5 частей (по числу делений на шкалах В0 и Ва). Точка А находится примерно на третьем делении выше линии 0.2, следовательно, в данном случае В = 0.23. Номограмма нагрузок позволяет решать все указанные выше задачи не только для случая полной нагрузит автомобиля, но и для любого промежуточного ее значения.

Определим, например, максимальное значение \(/ при нагрузке автомобиля равной

40 % и движением его со скоростью 50 км/ч. Для этого через точку иа = 50 км/ч проведем вертикальную линию до ее пересечения с кривой В, а через точку пересечения горизонтальную линию влево. Через заданное значение нагрузки (40 %) проведем вертикальную линию до пересечения с полученной горизонтальной линией и по точке их пересечения определим искомое значение В, которое в данном случае равен 0.05.

Следовательно, и \|»тах при указанных условиях также равно 0.05. При определении максимально возможной скорости автомобиля задачу решают в обратном порядке.

Пусть заданы нагрузка Н=80%и\|/ = 0.14. Проведя вертикальную линию через заданное значение Н, отложим на ней величину \|/ и проведем через полученную точку горизонтальную линию до пересечения с кривой В. Абсцисса точки их пересечения и будет представлять собой искомую скорость, равную 14 км/ч.

Для определения максимальной нагрузки Н на определенной передаче при известных значениях \|/ и па проводят вертикальную линию через заданную скорость до пересечения с кривой В на данной передаче. Из полученной точки влево проводят горизонтальную линию до пересечения в точке В с наклонной прямой, соответствующей заданному значению vi/. Вертикальная линия, опущенная из точки В на шкалу нагрузки, укажет на ней значение Н. Так, при «а = 26 км/ч и \|/ = 0.10 нагрузка равна 20 % - рисунок 6. ГРАФИК КОНТРОЛЯ БУКСОВАНИЯ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ БЫ -РАЖЕННУЮ ГРАФИЧЕСКИ ЗАВИСИМОСТЬ ДИНАМИЧЕСКОГО ФАКТОРА ПО СЦЕПЛЕНИЮ Реи ОТ НАГРУЗКИ И ПОЗВОЛЯЕТ ОПРЕДЕЛИТЬ ВОЗМОЖНОСТЬ БУКСОВАНИЯ ВЕДУЩИХ КОЛЕС. Этот график строится в следующей последовательности.Вначале по формулам, приведенным ниже, определяют значение динамического фактора по сцеплению для автомобиля без нагрузки В"сц и с полной нагрузкой Всц для различных значений (р.

Всц=ф-Си/Са (68)
В°сц=ф-С°сц/С„, (69)

где С°сц - вес, воспринимаемый ведущими колесами автомобиля без нагрузки. Первое построение производят для ф = 0.1 (или 0,05). Затем значение ВС11 откладывают на шкале В номограммы нагрузок в масштабе яа - рисунок 7., а значение В"сц в масштабе а„ - на шкале В0, и полученные точки соединяют прямой штриховой линией над которой указывают величину коэффициента ф (0.1 или 0,05). Так же определяют положение точек и наносят штриховые линии для других значений ф (0.2; 0.3;...0.8 и т.д.).

Пользуясь графиком контроля буксования, можно учесть также ограничения, накладываемые на движение автомобиля сцеплением ведущих колес с дорогой. Например, можно определить значение ф, необходимое для движения с заданными значениями нагрузки и скорости или с заданными величинами нагрузки и коэффициента у. В первом случае поступают так же, как при определении величины В (по известным значениям нагрузки Н и скорости 1>а), только вместо величины В по сплошным наклонным линиям определяют значение Воц по штриховым линиям.

Так при скорости г>а = 50 км/ч и нагрузке Н = 80% коэффициент ф = 0.12 (точка А). Во втором случае проводят вертикальную линию через известное значение нагрузки Н и откладывают на ней значение коэффициента vi/, после чего по наклонным штриховым линиям определяют значение ф. Так, при нагрузке Н = 40 % и коэффициенте \|/=0,2, коэффициент ф = 0.325 (точка В). Также можно определить максимальное значение \|/ и иа при известных величинах Н и ф или определить Н и и, при известных значениях у и ф. Так при нагрузке Н = 70% и ф = 045 (точка С) коэффициент у|/ я 0.27. При таком значении автомобиль может двигаться лишь на первой передаче, причем для равномерного движения дроссельная заслонка должна быть прикрыта. Если же сопротивление дороги не лимитирует движения автомобиля, то он может двигаться с любой скоростью, вплоть до максимальной (70 км/ч). При коэффициентах V}/ = 0.3 и ф = 0.5 (точка Е) автомобиль может двигаться только с загрузкой Н=30% со скоростью 24 км/ч.

мощностей баланс

Для анализа динамических свойств автомобиля, можно вместо соотношения сил использовать сопоставление тяговой мощности 1ЧК с мощностью, необходимой для преодоления сопротивления движению. Аналогично тяговому балансу можно записать и мощностной баланс автомобиля и трактора (для общего случая движения):

^^тр+^+^+^+^р+^+К8+>1пр+^ом, (70)
где 1Чтр - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений
трения в трансмиссии; N1 - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений качению колес или гусениц машин;

К; - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений подъему;

1Ч«, - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений воздуха;

1Ч,ф - мощность, расходуемая на тягу прицепов, волочение деревьев и др;

]Ч, - мощность, затрачиваемая на разгон поступательно-движущихся масс;

N3 - мощность, теряемая в процессе буксования ведущих органов;

1Чпр - мощность, затачиваемая на механические потери в приводе ВСМа;

№вом - мощность, затрачиваемая на вращение механизмов, присоединенных к ВОМу.

Если буксование движителя незначительно и им можно пренебречь равенство (70) с учетом равенства (4) можно записать:

где Мк=^-1\тр - мощность, подводимая к ведущим органам.

Анализируя равенство (70) замечаем, что развиваемая двигателем мощность расходуется на полезную работу (1Чкр и ^ом) и на неизбежные потери.

Полезная мощность на крюке машины определяется:

где г» - действительная скорость движения машины.

Неизбежные потери мощности двигателя при работе машины определяются:

(73)

1 (74)

(75)

(76)

Изобразим графически мощностной баланс для автомобиля с 4-х ступенчатой коробкой передач - рисунок 8-а.

Из графика, очевидно, что автомобиль может устойчиво двигаться со скоростью г>'а только на IV передаче. Пересечение линий (ГЧк-14^) и (М/2-М;2) в точке С означает, что мощность суммарного сопротивления дороги N^2 при указанных /2, 12 и г)'а соответствует

развиваемой двигателем мощности ^ за вычетом мощности, затрачиваемой на трение в трансмиссии (отрезок АВ) и на преодоление сопротивления воздуха (отрезок ВС). Если /=/! и 1=11 -кривая N1 проходит ниже и налицо запас мощности (отрезок СД), который может быть использован для разгона машины.

Для тракторов и тягачей, как отмечалось выше, основным параметром является Ркр - сила тяги на крюке, развиваемая ими. Поэтому для них чаще всего строят графики тяговых характеристик и мощностного баланса в функции Р^р. Графически мощностной баланс для трактора можно представить - рисунок 8-6. Ординаты жирноочерченной кривой изображают мощности 1\кр, остающиеся после вычета всех потерь для реализации на крюке. Они изображают тяговый КПД трактора, если отрезок N0 принять за лтяг= 100 %.

Полученная кривая Ккр=/(Ркр) названа потенциальной тяговой характеристикой трактора, потому что может быть достигнута лишь при идеальных предпосылках - автоматическом бесступенчатом регулировании скорости движения трактора и постоянной загрузке ДВС на полную мощность N,2.Из графика очевидно, что с увеличением ркр увеличивается и буксование и, а соответственно увеличивается мощность N5, затрачиваемая на буксование.

Это сказывается на величине Мкр. В указанном случае мощностной
баланс может быть записан в виде: Ке=1ЧГр+1Ч/+МКр+^ (78)
Если принять, что КПД трансмиссии не зависит от ее передаточного
числа, то очевидно,что наибольшее значение ГОц, зависит от
соотношения N5 и IV/, зависящих в свою очередь от степени
буксования 8, а значения скорости трактора и коэффициента /. Чем
больше Мкр, тем меньше затраты мощности на трение в трансмиссии,
на буксование и самопередвижение трактора.

Равенство 1"1Тяг=№КрЛЧе называется тяговым КПД трактора и является одним из главных параметров оценки качества машины.

3. Типы трансмиссий: механические, гидравлические.

Механизмы, передающие крутящий момент от двигателя к ведущим органам являются трансмиссией. Трансмиссия трактора состоит из следующих узлов: муфты сцепления, коробки передач, карданных валов, заднего моста (главная передача), тормоза заднего моста, механизмов управления и бортовых (конечных) передач.

Основное назначение трансмиссии - передача энергии двигателя ведущим органам и обеспечение необходимого увеличения крутящего момента двигателя и изменение его в заданных пределах.

Трансмиссии различаются главным образом способом изменения крутящего момента. Существуют трансмиссии с электрическим, гидравлическим и механическим преобразованием момента. Следует отметить, что первые две передачи в чистом виде обычно не применяются - в системе имеются зубчатые коробки передач, дополнительные 2-х или 3-х ступенчатые коробки передач, включенные последовательно или параллельно с гидравлическими или электрическими агрегатами. Поэтому такие передачи называются гидро- или электромеханические.

Гидравлическая передача - энергия передается замкнутым потоком рабочей жидкости.

Если энергия передается за счет изменения статического напора жидкости (10-30 МПа), а скорость потока жидкости при этом невелика до 3...4 м/с, то передача называется гидрообъемной.

Если энергия передается за счет кинетической энергии жидкости, то она называется гидродинамической. В них обычно скорость потока жидкости велика(до 20-30 м/с), а давление 0.3-0.4 МПа. Двукратная трансформация энергии, присущая этим передачам, и неминуемые при этом потери снижают их КПД по сравнению с механическими. Однако гидропередачи обладают полной или частичной автоматичностью и бесступенчатостью изменения крутящего момента, обеспечивают плавность разгона, снижают ударные нагрузки и облегчают управление машиной.

Механическая передача - инерционные, импульсные, фрикционные и шестеренные передачи. В первых 3-х передачах передаточное число трансмиссии изменяется бесступенчато, шестеренные же передачи изменяют его ступенями.

Ввиду сложности и недолговечности, низкого кпд, невыгодной для тяговых машин характеристики инерционные и импульсные на автомобилях и тракторах не применяются.

Несмотря на значительные недостатки (ступенчатость, трудность управления, ударные нагрузки и пр.) наибольшее распространение получили шестеренные механические передачи, т.к. они надежны, обладают высоким кпд, сравнительно малой массой (3-6 кг/кВт.). Например, кпд коробки передач 0.96-0.97, а всей трансмиссии трактора 0.88-0.92.

В силу специфики условий работы лесотранспортных машин к их трансмиссиям предъявляется ряд дополнительных требований: трансмиссии этих машин иметь устройства, облегчающие переключение передач; сцепление должно быть рассчитано на частое трогание с места и разгон больших масс; подвод мощности к лебедке и другим агрегатам технологического оборудования.

НАЗНАЧЕНИЕ, ТИП ТРАНСМИССИЙ И ТРЕБОВАНИЯ предъявляемые: к ним:

трансмиссия тяговых машин - совокупность узлов и агрега­тов, которая обеспечивает кинематическое и энергетическое со­единение силовой установки машины с ее движителем.

Основное, назначение трансмиссии - передача энергии двига­теля ведущим органам и обеспечение необходимого увеличения крутящего момента двигателя и изменение его в заданных преде­лах.

Трансмиссия тяговых машин состоит из следующих узлов: муфты сцепления, коробки передач, карданных валов, заднего моста (главная передача), тормоза механизмов заднего моста» механизмов управления и бортовых (конечных) передач.

Трансмиссии различаются главным образом способом переда­чи и преобразования энергии. Существуют трансмиссии с электри­ческим» гидравлическим и механическим преобразованием энергии. Следует отметить, что первые две силовые передачи в чистом ви­де обычно не применяются - в системе имеются зубчатые редукторы» дополнительные двух или трехступенчатые коробки передач» вклю­ченные последовательно или параллельно с гидравлическими иди электрическими агрегатами. Поэтому такие передачи называются гидро или электромеханическими.

Рис.2. Схема гидромеханической трансмиссии: а - гидрообъемная; б - гидродинамическая; I - двига-

- тель внутреннего сгорания; 2 - гидронасос; 3 - гид-' ромоторы; 4 - согласующий редуктор; 5 - гидроаппарат (гидротрансформатор иди гидромуфта); б - элементы

• механической трансмиссии,

0,3... 0,4 Ша. Двукратная трансформация энергии, присущая этим передачам, и неминуемые при этом потери снижают их КПД по орав" нению с механическими. Однако гидропередачи обладают полной или частичной автоматичностью и бесступенчатостью изменения крутящего момента, обеспечивают плавность разгона, снижают ударные нагрузки и облегчают управление машиной.

1.3. Механическая трансмиссия

Среди механических передач различают инерционны©» ейые» фрикционные и шестеренные передачи. В первых трех переда* чах передаточное число трансмиссии изменяется беоступекчато» шестеренные же передачи изменяют его ступенями,

Ввиду сложности и недолговечности, низкого КВД„ яе-внгад-ной для тяговых машин характеристики инерционные а передачи на автомобилях и тракторах не применяются. 6

Несмотря на значительные недостатки (ступенчатость, труд­ность управления, ударные нагрузки к пр.), наибольшее распростра­нение получили шеетерекные механические передачи (рис.3), так как они надежны, обладают высоким КОД, сравнительно малой удель­ной массой (5...II кг/кВт), Например, КОД коробки передач 0,96...0,98, а всей трансмиссии тяговых ыашин 0,80...0,92.

Механическая трансмиссия, как правило, состоит из следу­ющих элементов: сцепления* коробки передач, карданных передач, главной и конечных передач, механизмов поворота у гусеничных машин. У полноприводных автомобилей и некоторых гусеничных ма-щ'та в трансмиссию включаются раздаточные коробки. Как отмечалось выше, механические передачи ступенчато изменяют передаточное число. Зет далеко не всегда обеспечивает работу двигателя в наи­более оптимальных режимах и является недостатком механических трансмиссий, т.к. сравнительно большое время, затрачиваемое на переключение передач, усложняет управление машиной, снижает среднюю скорость движения, а следовательно, и эффективность ма­шины в целом. Наличие большого числа агрега^в, возникновение ударных нагрузок в них, снижающих срок службы, вызывает необхо­димость сравнительно частых регулировок самих механизмов и их приводов управления. Совершенствование механических трансмиссий сводится к устранению (уменьшению) влияния перечисленных недоста­тков. Например, установка синхронизаторов в коробках передач гначитедью улучшает их работу. Использование планетарных пере­дач в механизмах поворота значительно упрощает управление маши­ной, повышает надежность работы элементов трансмиссий. Помимо общих требований, предъявляемых к т-ранешескям (обеспечение вы­соких скоростных и тяговых качеств машины; высокая надежность в работе; малые массы и особенно габариты узлов и агрегатов; простота (технологичность) производства; удобство в обслужи­вании и ремонте и др.), в силу специфики условий работы тяговых машин к их трансмиссиям Предъявляется ряд дополнительных требова­ний, г трансмиссия этих машин должна иметь устройства, облегчаю­щие переключение передач; сцепление должно быть рассчитано на частые трогания е места я разгон больших масс, на подвод мощ­ности к лебедке и другим агрегатам технологического оборудования.

4. Проходимость колесных и гусеничных систем: критерии проходимости, опорно-тяговые и геометрические показатели.

1. Критерии проходимости

В силу специфики условий работы лесотранспортные машины часто перемещаются по неблагоустроенным дорогам, усам, волокам, а это предъявляет повышенные требования к проходимости этих машин.

Единого критерия, позволяющего достаточно полно оценивать проходимость, еще не существует. Установлено, что проходимость зависит от многих параметров машины, основными из которых являются опорно-тяговые качества и геометрические параметры, а также конструкции отдельных элементов трансмиссии: дифференциала, коробки передач и т.д. Кроме того, на проходимость влияют и такие свойства машины, как устойчивость и маневренность.

Под проходимостью машины понимают ее способность устойчиво двигаться по плохим дорогам или в условиях полного бездорожья, сохраняя при этом достаточную (по условиям работы) среднюю скорость без разрушения или допустимом разрушении

структуры лесной почвы. По проходимости все автомобили делятся на три группы. В основу классификации принимается соотношение между общим числом колес автомобиля и числом его ведущих колес, которое принято выражать колесной формулой. Эта формула состоит из 2-х цифр: первая - общее число колес, вторая - число ведущих (ЗИЛ-130 - 4x2; ГАЗ 66 - 4x4; ЗИЛ 131 - 6x6) и т.д. К первой группе относятся автомобили ограниченной (нормальной) проходимости -типов 4x2 и 6x2. Ко второй - повышенной проходимости типов 4x4, 6x6, 6x4.К третьей - высокой проходимости, имеющие специальную компоновку или конструкцию типа 8x8, а также полугусеничные.

Существует несколько методов оценки проходимости, основными из которых являются: метод длительных сравнительных испытаний и метод эталонного маршрута.

На трелевке и вывозке леса широкое применение нашел первый метод: выбираются маршруты с различным типами дорог. В качестве оценок проходимости служат средняя скорость движения, расход топлива, частота и длительность буксования, число переключений передач и т.д.

Метод эталонного маршрута состоит в сравнительной оценке нагрузок, скоростей движения и расходов топлива у машины при работе на эталонном (трудно проходимом) участке и на хорошей дороге.

Чем больше фактор проходимости, тем лучше проходимость.

Проходимость машин в первую очередь оценивается опорно-тяговыми показателями, к которым относят:

1. Удельное давление шин или гусениц на опорную поверхность.

2. Совпадение у колесных машин ширины колеи передних и задних колес.

3. Максимальная сила тяги на низшей передаче.

4. Распределение веса между передней и задней осями колесных машин и сцепление с почвой.

Увеличение удельного давления машины на грунт вызывает углубление прокладываемой колеи, рост сопротивления качению и может привести к застреванию машины.

Сопротивление движению машины существенно зависит от деформации грунта, т.е. от ширины и глубины оставляемой колеи, которая в свою очередь зависит от совпадения следов, оставляемых передними и задними колесами. Минимальные деформации грунта (сопротивление движению) будут при точном совпадении следов.

Таким образом, проходимость колесной машины зависит от распределения ее веса между передними (ведомыми) и ведущими осями, т.е. улучшается с увеличением а, кроме того, как показали испытания и практика эксплуатации уменьшение скорости движения улучшает проходимость машин. При движении по мягким грунтам очень важно не допускать интенсивного буксования, когда колеса и гусеницы начинают зарываться в грунт. При движении с небольшой скоростью машина движется более осторожно, не срывает верхнего покрова грунта и меньше буксует. Поэтому тип трансмиссии машин оказывает влияние на их проходимость. Движение машины с малой скоростью при механической трансмиссии происходит при пробуксовке сцепления, что приводит к быстрому выходу его из строя.

Чтобы этого избежать применяют гидромуфты или гидротрансформаторы, обеспечивающие длительное движение с малой скоростью и улучшающих проходимость машины. К геометрическим параметрам проходимости относятся: величина дорожного просвета (клиренс); радиусы продольной и поперечной проходимости; узлы въезда (наклона передней и задней ветвей гусеницы) машины; радиус горизонтальной проходимости - рисунок ] 0.

Клиренс - расстояние (наименьшее) от точек нижнего контура шасси машины или ее днища до поверхности пути, без погружения движителя в грунт. У современных трелевочных тракторов клиренс делают не менее 500 мм, у автомобилей порядка 250... 350 мм. Увеличение клиренса повышает центр тяжести машины и снижает ее устойчивость.

Радиусы продольной и поперечной проходимости влияют на проходимость машины при преодолении пней, валунов, бугров и др. неровностей. Для их уменьшения сокращают базы машин или увеличивают клиренс. На рисунке 10-а показаны углы въезда, имеющие значение при движении через рвы.

Радиус горизонтальной проходимости определяет размеры площади, на которой может повернуться машина и в какой-то мере характеризует ее маневренность (способность пройти между деревьями, по горным дорогам и т.д.). Необходимое свободное пространство для поворота трелевочного трактора определяется длиной транспортной системы и зависит от способа транспортировки деревьев.

Проходимость колесных транспортных систем

Глубина колеи зависит от жесткости грунта, величины нагрузки, размеров, формы и жесткости шины. Чем жестче шина, тем глубже погружение колеса и тем больше остаточные деформации грунта. Снижением жесткости колеса можно уменьшить глубину колеи, но при этом возрастут затраты на деформацию шины.

Деформация пневматической шины при данной нагрузке зависит от давления воздуха в ней и жесткости каркаса. Таким образом, изменение одного из параметров шины сказывается благоприятно на величине сопротивлению качению, но снижает коэффициент сцепления. Как показали опыты, сопротивление качению колеса зависит от глубины колеи и от потерь на деформацию шины. Сопротивление от деформации исследуемого колеса незначительны при перекатывании его по жесткому покрытию, что с уменьшением давления в шине сопротивление перекатыванию возрастает. Это происходит из-за большей деформации материала покрышки.

Проходимость гусеничных систем

Оценивая проходимость гусеничных машин общего назначения, ограничиваются величинами среднего удельного давления гусениц на грунт и клиренса. В силу специфики условий работы трелевочных тракторов этих параметров недостаточно для оценки их проходимости. Поэтому вопрос проходимости лесозаготовительных машин с грузом находится в прямой зависимости от выбора параметров гусеничного движителя. Увеличение удельного давления приводит к росту расхода мощности на движение машины и уменьшение клиренса.

На проходимость гусеничных машин существенно влияет неравномерность распределения нагрузки по длине опорной поверхности гусеницы, в результате чего действительное удельное давление во много больше среднего. Для лучшей проходимости желательно равномерное распределение нормальных давлений по длине гусеницы. Кроме того, для лучшей проходимости необходим постоянный контакт опорных катков с нижней ветвью гусеницы. Одним из главных преимуществ гусеничного движителя является его высокие сцепные качества, зависящие от величины удельного давления, длины опорной поверхности, высоты и формы грунтозацепов, их размещения и. т. д.