Разбивка скоростей по передачам

Разбивкой скоростей по передачам называется определение расчётных скоростей движения машины на каждой из ступеней силовой передачи.

Разбивке скоростей предшествует определение кинематического и силового диапазонов машины и выбор числа ступеней силовой передачи.

 

Определение кинематического и силового диапазонов

 

Наиболее просто кинематический диапазон машины определяется в случае, если в тактико-технических требованиях непосредственно заданы максимальная и минимальная скорости движения автомобиля

 

(117)

 

В большинстве случаев задаётся только максимальная скорость автомобиля. Для нахождения минимальной скорости необходимо выбрать условия движения на низшей передаче.

Из выражения (117) получим (в связи с малой скоростью движения сопротивлением воздуха пренебрегаем)

 

Кроме того, имеем

 

(118)

 

Задача сводится к выбору максимального значения ψ. В свою очередь предельное сопротивление ограничено условиями сцепления колёс с грунтом. Исходя из этого, получим

 

 

Имея ввиду, что N_{е max} = N_yG, получим

 

 

Принимая η = 0, 85 и φ cosα _max = 0, 8*0, 85≈ 0, 7, будем иметь (при N_{r д} л.с./т и V в км/час)

 

(119)

 

Это выражение, учитывая приближённость коэффициентов, вполне может быть использовано для выбора минимальной скорости.

Так, для автомобиля совсеми приводными колёсами при удельной мощности 20 л.с/т получим V_min = 6, 4 км/ч; при той же удельной мощности, но одной ведущей оси ( =0, 6) V_min = 10, 5 км/ч.

 

 

Приняв в соответствии с выражением (116)

 

 

получим для большегрузных автомобилей со всеми приводными осями d_k =14 -15, а с одной приводной осью d_k= 8 -9.

Армейские автомобили высокой проходимости, тягачи и специальные колёсные шасси должны иметь возможность двигаться с очень малыми скоростями.

Поэтому для них, если даже минимальная расчетная скорость в тактико-технических требованиях не задана, целесообразно брать эту скорость (независимо от того, какая скорость получена при расчёте по формуле (118), численно равной V_min = (0, 5 ÷ 1, 5) d _д км/ч, где d _д полный диапазон двигателя

 

 

Здесь n _дmin - минимальные устойчивые обороты двигателя под нагрузкой.

При таком выборе минимальной расчётной скорости (V_min) автомобиль сможет развивать скорость, равную выбранному значению коэффициента (то есть от 0, 5 до 1, 5 км/ч) при наименьших устойчивых оборотах двигателя; с увеличением оборотов в d _д раз, когда они достигнут расчётных n_N, мы получим низшую расчётную скорость.

Транспортный и тяговый диапазоны

 

Для тягачей и автомобилей многоцелевого назначения иногда могут быть заданы два самостоятельных диапазона - транспортный и тяговый.

Под транспортным диапазоном понимается диапазон, охватывающий движение одиночной машины или поезда в благоприятных и средних дорожных условиях. Величина диапазона определяется по выражению (117), причем V_min обычно берётся большей, чем допускает сцепление: V_min = 12-15 км/ч, что соответствует α _max =12-15^o.

Тяговый диапазон обеспечивает движение поезда в тяжёлых условиях и работу со специальными машинами (орудиями). Высшая скорость на нём берётся равной низшей скорости рабочего диапазона или несколько меньшей (8-12 км/ч). Минимальная скорость должна быть задана (обычно в пределах 0, 5 - 2 км/ч). Величина тягового диапазона может колебаться в пределах 5-10 и более.

Разделение общего диапазона на два самостоятельных (транспортный и тяговый) позволяет рационально производить разбивку скоростей внутри диапазона.

 

Определение силового диапазона

 

Силовой диапазон можно выразить через скоростной диапазон и к.п.д. машины на крайних ступенях

 

 

где η _н и η _к – к.п.д. на границе диапазона (при V_min и V_max ).

Для автомобилей оба к.п.д. могут быть приняты одинаковыми; возможное увеличение потерь в механизмах при больших скоростях движения компенсируется более благоприятными режимами их работы (в частности, включением прямой ступени в основной и дополнительной коробках передач). Тогда d_c = d_k.

Силовой диапазон имеет самостоятельное значение постольку, поскольку он характеризует реальные пределы преодолеваемых автомобилем сопротивлений. Поэтому при его определении вводятся ограничения, а именно: в выражении

 

 

(120)

 

 

удельные силы тяги φ _д следует принимать

 

(121)

 

Так, пусть найденное расчётом φ _{д max} =1, 5 и φ = 0, 02. В этом случае формально d_c = 75. Однако по сцеплению при самых благоприятных условиях, т.е. и а = 0 нельзя реализовать φ _д ≥ 0, 9 ÷ 1 (в расчётах обычно принимают φ _{д max} = 0, 8). С другой стороны, для самых благоприятных условий не следует брать ψ _min< 0, 025, а φ _{д min} < 0, 05. Таким образом, реальный силовой диапазон независимо от того, каким будет кинематический диапазон, не может превышать 15 - 18. Это и есть оптимальная величина силового диапазона для машин высокой проходимости.

Для неполноприводных автомобилей при оптимальный силовой диапазон может уменьшиться до 9 - 11. Такая величина силового диапазона получена без учёта приспособляемости двигателя. Приспособляемость обеспечивает повышение надёжности работы двигателя даже в самых тяжёлых условиях движения.

Конструктивное обеспечение больших силовых и кинематических диапазонов требует применения сложной трансмиссии с большим числом ступеней. Поэтому конструкторы стремятся ограничить силовой диапазон автомобиля.

Уменьшение силового диапазона, как это следует го формулы (120), может быть осуществлено двумя путями: снижением максимальной удельной силы тяги или повышением минимальной. В первом случае автомобиль не сможет реализовать сцепление колес с грунтом, то есть ухудшится возможность преодоления препятствий; во втором - при благоприятных условиях движения не будет реализована полностью мощность двигателя, т.е. он будет работать с недогрузкой.

В обоих случаях машина приобретает некоторые резервы: при уменьшенной сине тяга - запас сцепления, что уменьшает вероятность срыва грунта; при увеличенной минимальной силе тяги - запас мощности, облегчающей преодоление кратковременных препятствий и набор скорости. Однако это не может компенсировать ухудшения динамики машины.

Сама по себе величина силового диапазона еще не характеризует полностью его влияние на свойства автомобиля: важно также, чтобы границы диапазона не выходили за пределы, определенные условиями (118).

Выход диапазона за рациональные пределы не улучшает скоростные и тяговые возможности машины; его сужение снижает эти возможности и может в известной мере оправдываться только конструктивными соображениями.

 

 

7.5. Требования к разбивке скоростей и способы разбивки

 

 

Целью разбивки скоростей по передачам является обеспечение наиболее рационального использования диапазона машины, то есть получение возможно лучших её свойств, исходя из данных требований.

Главными требованиями к разбивке скоростей являются следующие:

получение высоких средних скоростей движения;

улучшение приёмистости автомобиля;

повышение топливной экономичности;

наилучшее использование сил тяги.

Как правило, в качестве главного берётся обычно одно из этих требований с тем, чтобы в разумных пределах были удовлетворены и остальные.

Выбор главного требования и определяет способ разбивки скоростей.

Рассмотрим эти способы.

Обеспечение высоких средних скоростей

 

 

Это требование является основным для многоцелевых и специальных автомобилей, движение которых осуществляется в самых разнообразных условиях и на различных ступенях в коробке передач.

Как уже было показано выше, средняя скорость движения в большой степени зависит от использования мощности двигателя, которая оценивается графиком использования мощности. Этот график может быть применён и при разбивке скоростей по передачам.

Примем в начале, что коэффициенты использования мощности V_oi одинаковы для всех ступеней и равны V_оср. Из подобия треугольников oab, ocd (рис.26) получим или так как оb =1,

 

(122)

 

Аналогично

 

и т.д.

 

Перемножая левые и правые части равенств вида (122), получим после сокращения

 

(123)

 

где р - число ступеней трансмиссии.

Отсюда получим

 

(124)

 

Таким образом, при данном силовом диапазоне среднее значение коэффициента использования мощностей зависит от числа ступеней.

На рис. 26 представлена эта зависимость для d_с = 8 и d_c =16. Как видно из графиков, быстрое возрастание коэффициента V_оср имеет место лишь до определённого числа передач (5-6 при d_c = 8 и 7-8 при d_c = 16). В то же время увеличение числа ступеней увеличивает размеры и вес коробки передач и усложняет управление автомобилем. При весьма большом числе передач водитель вряд ли будет переключать их каждый раз, когда это следовало бы делать по условиям движения, так как понадобятся слишком частые переключения. Поэтому существует некоторый оптимальный предел числа передач. Он зависит от типа и назначения автомобиля, его диапазона, и в большой мере - от удельной мощности (чем она выше, тем меньшее влияние оказывает степень использования мощности). Количество передач зависит также от конструктивного совершенства агрегатов автомобиля и лёгкости управления им.

Так, например, число передач в коробке передач, как правило, составляет:

легковых автомобилей - 4-5;

автомобилей общего назначения - 4-5

(если имеется делитель, то два ряда передаточных чисел);

автомобилей многоцелевого назначения - 4-5

(могут быть два ряда передаточных чисел, как, например, у КрАЗ-260).

Общей тенденцией в настоящее время является постепенное увеличение количества передач. Это позволяет приблизить характеристику ступенчатой трансмиссии к бесступенчатой. Однако, следует иметь ввиду, что в этом случае необходимо применять автоматические системы переключения передач.

Согласно формуле (124) чисто ступеней при данном диапазоне определяет средний коэффициент использования мощности. Сравнение с ним позволяет оценить степень совершенства автомобиля с точки зрения её скоростных и тяговых свойств. Для современных армейских автомобилей таким значением среднего коэффициента использования мощности можно считать 0, 8 -0, 85.

Однако автомобиль работает не одинаковое время в разных интервалах сопротивлений. Поэтому нецелесообразно добиваться одинакового использования мощности во всех возможных условиях движения. На самых тяжёлых режимах скорость машины не играет существенной роли и часто бывает ограничена не мощностью двигателя, а другими факторами (плавность хода, безопасность, условия наблюдения и т.п.).

Кроме того, повышенное использование мощности важно иметь в диапазоне ходовых, чаще встречающихся сопротивлений. Поэтому для армейских машин из этого диапазона следует исключить как наибольшее, так и самые малые сопротивления.

При разбивке скоростей по передачам с учётом коэффициента использования мощности следует, задавшись числом ступеней, найти по выражению (124) средний коэффициент использования мощности V_оср(или, наоборот, задавшись средним коэффициентом, найти число ступеней, пользуясь той же формулой); затем необходимо уточнить значение коэффициентов для отдельных ступеней, повышая их на ходовых режимах, с соблюдением условия, получаемого при перемножении равенств вида (122), когда V_o1 ≠ V_оср

 

(125)

 

После уточнения коэффициентов могут быть определены расчётные скорости на передачах из соотношения

 

(126)

 

Приняв к.п.д. автомобиля одинаковым на всех передачах, получим

 

 

(127)

 

Поскольку V_max всегда известна, то по выражению (127) находится скорость на ступени, предшествующей высшей (р-1) и далее до V_I. Последняя должна быть равна V_min, определённой ранее (при расчёте диапазона скоростей).

Для случая, когда всё коэффициенты использования мощности и к.п.д. на всех ступенях одинаковы, получим

 

(128)

 

то есть, разбивка скоростей производится по геометрической прогрессии со знаменателем q.

Пример. Для автомобиля общего назначения с V_max - 90км/ч и V_min = 12км/ч произвести разбивку скоростей по передачам.