11. Определение передаточных чисел трансмиссии автомобиля

Для любого класса трактора существует определенный диапазон нагрузок, характеризуемый максимальными и минималь­ными значениями сопротивлений, создаваемыми агрегатируемыми с трактором машинами и орудиями, т. е. F_Kp._min и F_Kpmax. С уче­том сопротивления движению трактора этот диапазон характери­зуется минимальными и максимальными значениями касатель­ной силы тяги трактора, т. е. F_kmin и F_{K mах}.

При ЭТОМ ДОЛЖНО соблюдаться условие F_{K mах} -< фmахGсц (здесь ф_шах — максимальный по грунтовым условиям коэффи­циент сцепления; Gс_ц — нормальная нагрузка на ведущие колеса или гусеничный движитель). Значение F_Kmin определяют сопро­тивлением движению трактора и нагрузкой агрегатируемой ма­шины, имеющей наименьшее тяговое сопротивление. Для боль­шинства тракторов отношение F_{K max}/F_{K mln} находится в пределах 1,6-1,8.

В общем случае нагрузка трактора носит случайный характер, что необходимо учитывать

при тяговом расчете. С большей долей вероятно­сти можно предположить, что она характеризуется нормальным законом рас­пределения (рис. 4,14).

Для нормально распределенной случайной величины рассея­ние ее с точностью до долей процента укладывается на участке т ± Зσ. На основании этого среднее квадратичное отклонение σ (F_K) и математическое ожидание т (F_K) случайной величины касательной силы тяги следующие:

Исследования работы тракторных агрегатов показывают, что наиболее оптимальный режим загрузки трактора осуществляется в том случае, когда номинальная касательная сила тяги F_K трак­тора соответствует центру рассеяния случайной величины (ма­тематическому ожиданию касательной силы тяги), т. е. F_{K н} =F к ср

Проследим, как изменяется крутящий момент двигателя в за­висимости от тягового сопротивления (касательной силы тяги). Касательную силу тяги трактора при движении его в установив­шемся режиме по горизонтальной поверхности выразим через ведущий момент и динамический радиус ведущего колеса, т. е.

Следовательно, регулирование работы трактора изменением крутящего момента двигателя (т. е. изменением количества топ­лива, подаваемого в цилиндры за один оборот коленчатого вала) нерационально, так как вызывает существенное понижение произ­водительности и экономичности тракторного агрегата.

Рассмотрим одну из наиболее распространенных методик опре­деления передаточных чисел ступенчатых коробок передач. Сог­ласно этой методике передаточные числа рекомендуется подбирать с таким расчетом, чтобы крутящие моменты двигателя (или коэф­фициенты нагрузки х) изменялись в одинаковых пределах при работе трактора на всех передачах.

Предположим, что передаточные числа i_lt i₂, ..., i_n известны и число передач равно п. Крутящий момент двигателя изменяется от Мд. н до М_яmm в пределах одной передачи. На основании этих данных построим график изменения касательной силы тяги (рис. 4.16).

Из рис. 4.16 видно, что работа на первой передаче производи­тся при изменении касательной силы тяги от наибольшей F_{K max} до некоторой промежуточной F_K1 работа на второй передаче — при изменении силы тяги от F_K1 до F_K2 работа на п-й передаче — при изменении силы тяги от F_K (n-1) до F_Kmin- Отсюда передаточные числа коробки передач следует .подбирать таким образом, чтобы наимень­шие коэффициенты нагруз­ки двигателя были одина­ковыми при работе трак­тора на всех передачах,

т. е. точки А1, А2 А_п должны лежать на одной прямой,

параллельной оси абсцисс (см. рис. 4.16). На этом основании получи

Определим наименьший коэффициент нагрузки двигателя при работе с n-ступенчатой коробкой передач, передаточные числа ко­торой образуют геометрическую прогрессию

т. е. наименьший коэффициент нагрузки двигателя при его работе на тракторе с n-ступенчатой коробкой перемены передач равен знаменателю этой прогрессии.

Формула (4.10) позволяет определить знаменатель геометри­ческой прогрессии при заданном диапазоне сил тяги и числе пере­дач. Можно решить и обратную задачу: при заданном диапазоне сил тяги и минимальном коэффициенте нагрузки двигателя найти рациональное число передач. Учитывая, что q = x_mln и исполь­зуя формулу (4.10), получаем

Увеличение числа ступеней коробки перемены передач, как видно из формулы (4.10), приводит к увеличению знаменателя геометрической прогрессии передаточных чисел, т. е. к повышению минимального коэффициента загрузки двигателя. При бесконечно большом числе передач в бесступенчатой коробке коэффициент нагрузки двигателя теоретически наивысший и равен 1, т. е. теоре­тически двигатель работает на номинальном режиме с наимень- -шим расходом топлива на единицу производимой работы.

Практическое использование указанных выше преимуществ бесступенчатой трансмиссии возможно лишь при наличии спе­циального устройства, автоматически устанавливающего переда­точное число коробки передач в соответствии c сопротив­лением тракторного агрегата. Совокупность бесступенчатой передачи и этого автомата называется автоматической транс­миссией.