книги из ГПНТБ / Гриневич, Г. П. Вилочные погрузчики

§2. Динамическая характеристика

иопределение основных параметров движения

Для сравнительной оценки тяговых качеств автопогрузчика используется так называемый динамический фактор. Он пред­ ставляет собой тяговую силу, развиваемую погрузчиком на веду­ щих колесах, уменьшенную на силу сопротивления воздуха и от­ несенную к полному весу погрузчика:

£) . Рт Рв

G

Зависимость динамического фактора от скорости движения на каждой из передач называется динамической характеристикой автопогрузчика.

В некоторых случаях при движении погрузчика из-за буксо­ вания ведущих колес нельзя использовать его динамические воз­ можности. Поэтому динамическая характеристика должна быть ограничена величинами D, предельными по сцеплению ведущих колес с дорогой, так же как и тяговая характеристика.

Максимальная тяговая сила, которая по условиям сцепления может быть передана через ведущие колеса, определяется по фор­ муле

Ф— коэффициент сцепления, равный отношению окруж­ ного усилия, при котором происходит буксование ко­ леса к силе, прижимающей колесо к дороге:

При общих практических расчетах по определению макси­ мальной тяговой силы для большинства сухих дорожных покры­

дывают при движении без груза, когда ведущая ось разгружена, а также при езде по дорогам с низким коэффициентом сцепления (ф < 0,4).

143

<P = 0,6

Рис. 73. Динамическая характеристика автопогрузчика при движении без груза

(а) и с грузом (б):

/ и / / — ступени коробки передач

Коэффициент у учитывает наличие дифференциала между ве­ дущими колесами и возможность неодинаковых сил сцепления, вследствие чего буксовать начинает лишь одно колесо, имеющее меньшее сцепление с дорогой. Из-за этого на всех других связан­ ных с ним колесах погрузчика будут возникать тяговые усилия, практически равные (при шестеренчатых дифференциалах с ма­ лым внутренним трением) наименьшей силе сцепления буксую­ щего колеса. При независимом приводе колес 7 = 1 .

Для максимальной тяговой силы выражение для динамиче­ ского фактора принимает вид

Подставляя в эту формулу значения отдельных величин, можно определить для каждой скорости максимальный динамический фактор, который может быть реализован автопогрузчиком в раз­ личных условиях движения.

На рис. 73 показана динамическая характеристика автопо­ грузчика при движении с грузом и без груза. Штриховыми ли­ ниями ограничена динамическая характеристика по сцеплению ведущих колес с дорогой при различных коэффициентах сцепле- - ния. Из рисунка видно, что при движении автопогрузчика без груза нельзя реализовать его динамические качества даже при ср = 0,6, а при движении с грузом эти качества полностью исполь­ зуются при значении ср = 0,3.

Обычно для автопогрузчиков составляются четыре динами­ ческие характеристики: две для движения передним и задним хо­ дом без груза и две для движения передним и задним ходом с гру­ зом.

Динамическая характеристика позволяет определить основные параметры динамичности автопогрузчика — максимальную ско­ рость при заданном виде дорожного покрытия, предельное сопро-

144

тивление дороги, которое можно преодолеть на любой из передач,

При равномерном движении, когда ускорение а = 0, динами­ ческий фактор равен сумме коэффициентов сопротивления дороги

D = / + а = \р.

На графике динамической характеристики в масштабе дина­ мических факторов можно откладывать величины коэффициента сопротивления дороги гр. Для определения максимальной скорости автопогрузчика на графике наносят прямую, определяющую за­ данное сопротивление дороги. Максимальную расчетную скорость можно развить только на горизонтальной поверхности, поэтому следует построить зависимость коэффициента / сопротивления качению от скорости. Для автопогрузчиков задача упрощается в связи со сравнительно низкими максимальными скоростями дви­ жения на горизонтальной поверхности, при которых величина / для них практически не меняется.

Скорость, при которой динамический фактор становится рав­ ным коэффициенту /, т. е. точка пересечения прямой, определяю­ щей сопротивление дороги, и кривой динамической характери­ стики является максимальной скоростью, которую автопогрузчик может развить в заданных условиях. Если погрузчик будет дви­ гаться на подъем, характеризуемый величиной а, по дороге, оце­ ниваемой коэффициентом / х , то общее сопротивление движению может быть определено коэффициентом сопротивления дороги

^ i = f i + ai-

Горизонтальная прямая на рис. 73, б соответствует этим усло­ виям движения; она показывает, что погрузчик может преодолеть подъем только на первой передаче и что в этих условиях можно развить скорость vx. При движении по дороге с общим сопротив­ лением движению гр2 погрузчик может двигаться и на второй пере­ даче. Для определения скорости и2 , которую он может развивать при этом, следует опустить перпендикуляр из точки пересечения линии яр2 с кривой динамического фактора. При меньших значе­ ниях сопротивления для определения скорости перпендикуляр

опускается из конца кривой динамического фактора второй пере­

чины максимальных подъемов пути, которые может преодолеть

Используя уравнение (44), можно находить ускорение а, ко­ торое будет развивать погрузчик:

Величина, стоящая в скобках, определяется по динамической характеристике погрузчика отрезком, заключенным между кри­ вой динамической характеристики, и линией, соответствующей сопротивлению дороги. Подставляя численные значения этих от­ резков в уравнение, можно найти ускорение и построить кривые его изменения в зависимости от скорости на каждой передаче. По своему характеру эти кривые сходны с кривыми динамической характеристики, разница — в относительном расположении кри­ вых динамического фактора и ускорений по высоте определяется наличием коэффициента б в уравнении (44).

Общий вес (сила тяжести) автопогрузчика в зависимости от величины перевозимого груза изменяется в довольно широких пределах, увеличиваясь по сравнению с весом порожней машины в 1,4—1,7 раза. Проследим влияние общего веса машины на ее

следует, что чем больше вес автопогрузчика, тем меньше динами­ ческий фактор, причем во столько же раз, во сколько увеличи­ вается вес. Это позволяет простым изменением масштаба верти­ кальной оси динамической характеристики учитывать изменение веса автопогрузчика.

Если Dx — динамический фактор автопогрузчика при его но­ вом весе <3Х, то

146

Рис. 74. Динамическая характеристика автопогрузчика с номо­ граммой масштабов для определения динамического фактора при различной величине груза:

/ , / / и / / / — ступени коробки передач

где D и G — динамический фактор и полный вес нагруженного автопогрузчика.

Таким образом, зная D и G нагруженного автопогрузчика и его вес в любом состоянии, легко определить динамический фактор для этого состояния.

На рис. 74 показана динамическая характеристика с номограм­ мой для определения динамического фактора автопогрузчика при всех значениях нагрузки. В левой части рисунка приведена номо­ грамма для расчета динамического фактора, в правой части — развиваемая погрузчиком скорость на каждой из передач. Для построения номограммы подсчитывают динамический фактор по­

тора, соединяя одинаковые значения D0 и D.

Для определения максимального динамического фактора, на­ пример, на первой передаче погрузчика с грузом, равным 50% но­ минальной грузоподъемности, следует провести горизонтальную касательную к кривой / до пересечения с вертикальной линией, соответствующей 50% грузоподъемности. Точка пересечения опре­ делит искомый динамический фактор. В рассматриваемом случае

Аналогично можно определить значение динамического фак­ тора D m a x п5 0 о/0 и т. д.

§ 3. Зависимость тяговых качеств погрузчика от его конструкции

Динамический фактор автопогрузчика в значительной степени зависит от к. п. д. трансмиссии. При одной ведущей оси с механи­ ческой трансмиссией к. п. д. в процессе работы погрузчика изме­ няется несущественно, привод на две оси заметно снижает к. п. д. по сравнению с приводом на одну ось. Помимо потерь мощности в дополнительных агрегатах, они происходят от дополнительных нагрузок, связанных с различием условий работы ведущих колес. Эти нагрузки существенно снижают динамические качества авто­ погрузчика, поэтому для машин высокой проходимости влияние

к.п. д. должно учитываться при расчетах.

Впоследние годы на автопогрузчиках широко применяют гидромеханические трансмиссии, имеющие ряд преимуществ по сравнению с механической трансмиссией: плавность управления благодаря гидравлической передаче крутящего момента; быстрота и легкость переключения передач и изменения направления дви­ жения, исключающая необходимость пользоваться педалью сце­ пления; автоматическое изменение величины крутящего момента при преодолении погрузчиком подъемов пути и при работе в раз­ личных дорожных условиях; легкость управления и предельная простота механизмов. Автоматизация управления обеспечивает устранение перегрузок, смягчение ударов, передаваемых от колес к двигателю, отсутствие осевых усилий на коленчатый вал в мо­

мент включения сцепления. Увеличивается общий срок службы и надежность трансмиссии. Кроме того, применение гидропривода улучшает динамические качества автопогрузчиков.

В простейших гидромеханических трансмиссиях используется гидромуфта (рис. 75, а), в которой крутящий момент от двигателя к ведущему валу коробки передач передается рабочей жидкостью. Ведущим элементом муфты является насосное колесо /, жестко соединенное с маховиком двигателя, а ведомым элементом — тур­ бинное колесо 2, закрепленное на ведущем валу коробки передач. Полость между насосным и турбинным колесами заполнена жид­ костью. При вращении маховика двигателя насосное колесо сооб­ щает жидкости кинетическую энергию. Перетекая в турбинное колесо, жидкость отдает эту энергию, чем обеспечивается пере­ дача крутящего момента.

Гидромуфта не изменяет величину крутящего момента при его передаче от двигателя к коробке передач, но вследствие скольже­ ния смещает кривую крутящих моментов в сторону меньших скоро-

148

нежившемся и неустановившемся процессах движения погрузчика практически не меняются. В гидравлической передаче эти числа не равны, так как потери в этом случае несравненно больше, поэтому

Для построения зависимостей, определяющих характеристику гидротрансформатора, удобно кинематическое передаточное число

представить в виде -~- = V = - j - . Таким образом передаточное

число гидротрансформатора представляет собой отношение скоро­ стей вращения ведомого и ведущего валов, а коэффициент транс­ формации — отношение крутящих моментов на ведомом и на ве­ дущих валах.

К. п. д. гидротрансформатора

где Ых — мощность на насосном колесе; N2—мощность на турбинном колесе. Подставив значение мощности, получим

В зависимости от конструкции гидротрансформатора меняется соотношение между его входными параметрами. У некоторых гидротрансформаторов изменение скорости вращения ведомого вала не влияет на скорость вращения ведущего вала, а в других между этими величинами есть определенная зависимость. Способ­

работы двигателя (скорость вращения коленчатого вала и на­ грузку) при неизменном положении дросселя условно называется п р о з р а ч н о с т ь ю . Чем прозрачнее гидротрансформатор, тем шире диапазон возможных режимов работы двигателя при неиз­ менном положении дросселя и тем полнее могут использоваться возможности двигателя. При трогании погрузчика с места дви­ гатель, соединенный с прозрачным гидротрансформатором, может работать в режиме больших крутящих моментов, что повышает интенсивность разгона. С увеличением скорости погрузчика мощ­ ность двигателя будет постепенно увеличиваться и тем улучшатся динамические качества погрузчика. Чем менее прозрачен гидро­ трансформатор, тем менее чувствителен двигатель к изменениям сопротивления движению.

Прозрачные гидротрансформаторы при одинаковом числе колес имеют меньшие коэффициенты трансформации крутящего момента, чем прозрачные трансформаторы. Для всех гидротрансформаторов этот коэффициент недостаточен для обеспечения автопогрузчику

150

разгона и для преодоления повышенных сопротивлений движению. При последующем разгоне или при движении погрузчика по дороге с малыми сопротивлениями движению понижающая передача вы­ ключается и заменяется прямой, а гидротрансформатор блоки­ руется или переходит на режим работы гидромуфты.

На рис. 77 показана характеристика гидромеханической пере­ дачи, у которой гидротрансформатор в интервале скоростей вра­ щения от 0 до п'2 преобразует крутящий момент одновременно с по­

ленчатого вала двигателя пг, к. п. д. г\ и коэффициента трансфор­ мации k крутящего момента в зависимости от скорости вращения ведомого вала передачи или скорости погрузчика.

Впервый период разгона, когда работает гидротрансформатор,

к.п. д. передачи увеличивается от нуля. Максимальное значение

к.п. д. современных гидромеханических передач лежит в пределах 0,8—0,9.

Применение гидротрансформатора существенно улучшает тя­ говые характеристики автопогрузчика во время разгона.

Построение дианамических характеристик автопогрузчика при использовании гидротрансформатора в его трансмиссии основы­ вается на зависимости крутящего момента на ведомом валу пере­ дачи от скорости его вращения. Требуемая зависимость получается при испытании гидромеханической коробки передач одновременно с двигателем на тормозном стенде при работе двигателя с пол­ ностью открытым дросселем. При проектировании новых моделей автопогрузчиков удобно использовать свойство подобия гидро­ трансформаторов, позволяющее получать характеристику про­ ектируемого гидротрансформатора путем пересчета имеющейся

151

характеристики одинакового по конструкции, но отличающегося по размерам гидротрансформатора.

В теории гидропередач устанавливаются следующие зависи­ мости:

нения носят названия формул подобия, так как коэффициенты Хх и к2 оказываются одинаковыми для гидротрансформаторов оди­ наковой конструкции, но разных размеров. Для оценки той или иной конструкции гидротрансформатора независимо от его раз­ меров принимают «безразмерные» характеристики (рис. 78), даю­ щие зависимость коэффициентов входного или выходного момен­ тов Ях и А,3, коэффициента трансформации k и к. п. д. ц от пре­ дельного передаточного числа i гидротрансформатора.

Пользуясь безразмерной характеристикой гидротрансформа­ тора определенной конструкции и зная зависимость крутящего момента Мх двигателя от скорости пх вращения коленчатого вала, можно построить тяговую характеристику автопогрузчика. Для этого по выражению

152